Группа ученых из лаборатории Berkeley, США предложили оригинальный датчик для измерения сверхпроводимости в образцах нанометрового размера.
Первое тестирование новой технологии с использованием особого сканирующего туннельного микроскопа (СТМ) было проведено на определении влияния единичных атомов Ni, помещенных в высокотемпературный сверхпроводник BSCCO.
Как известно, в сверхпроводящем материале электроны группируются в так называемые Куперовские пары. При помещении обычного (не сверхпроводящего материала) в магнитное поле, некоторые энергетические уровни электронов расщепляются ввиду наличия у электрона собственного магнитного момента, связанного со спином. Однако внешнее магнитное поле не производит никакого действия на сверхпроводник, так как оно просто не проникает в него. Другое дело, если мы внедрим в сверхпроводящий материал магнитные атомы. В таком случае сверхпроводник не сможет “вытолкнуть” из себя магнитное поля, связанное с этим атомом, и сверхпроводимость в ближайшей окрестности будет нарушена.
Описанный эффект особенно хорошо заметен в низкотемпературных сверхпроводниках, а в высокотемпературных он проявляется слабее. Это связано со структурой Куперовских пар в этих видах сверхпроводников. В высокотемпературных сверхпроводниках электроны в пределах одной Куперовской пары находятся дальше друг от друга, чем в низкотемпературных.
Ученые выдвинули гипотезу, что магнитный атом должен полностью или частично захватывать электроны Куперовской пары. Используя возможность СТМ различать электронные состояния отдельных атомов, исследователи построили изображения распределений положительного и отрицательного зарядов вокруг внедренных в высокотемпературный сверхпроводник BSCCO магнитных атомов Ni. Более того, ученые различили два энергетических пика около атома Ni, что соответствует двум направлениям спинов электронов Куперовской пары.
«Это показывает, что атом Ni сохраняет суммарный магнитный момент в сверхпроводящем состоянии и не влияет на это состояние» - говорит Séamus Davis.
Однако внедрение в BSCCO немагнитных атомов Zn разрушает сверхпроводимость предположительно потому, что атомы цинка образуют немагнитные пустоты – это хороший аргумент в пользу того, что высокотемпературная сверхпроводимость связана с образованием непрерывных «магнитных дорожек», способствующих транспортировке заряда.
Впервые ученым удалось использовать эксперимент для проверки своих теорий микроскопической организации высокотемпературных сверхпроводников в атомных масштабах.
Более подробную информацию можно найти на сайте http://www.lbl.gov/Science-Articles/Archive/probing-superconductivity.html