Проведя серию экспериментов с высококачественными структурами на основе купратных высокотемпературных сверхпроводников, американские и немецкие ученые подтвердили реальность необычного свойства купратных ВТСП.

Эффект близости состоит в появлении сверхпроводящих корреляций в несверхпроводящем металле вблизи его границы со сверхпроводником, т.е. соседство со сверхпроводником модифицирует свойства электронной подсистемы металла в приграничной области. Такое "проникновение" сверхпроводимости в нормальный металл, в частности, ведет к тому, что между двумя сверхпроводящими электродами, разделенными достаточно тонкой металлической (но не сверхпроводящей) прослойкой может протекать сверхток (сверхпроводящий ток). Толщина прослойки, через которую еще может протекать сверхток, определяется длиной свободного пробега электронов в металле и так называемой длиной когерентности (грубо говоря, это "размер" куперовской пары ), являющейся одной из важнейших характеристик сверхпроводника. При достаточно больших значениях длины свободного пробега и длины когерентности (что характерно для классических низкотемпературных сверхпроводников) сверхпроводящий ток может течь сквозь металлическую прослойку толщиной десятки и сотни нанометров.

Открытые в середине 80-х годов прошлого века высокотемпературные сверхпроводники (ВТСП) обладают очень малыми значениями длин свободного пробега и когерентности (так, длина когерентности для типичных купратных (в составе этих соединений имеется медь) ВТСП составляет примерно 1 нм, что на три порядка меньше, чем в классических сверхпроводниках). Поэтому можно было бы ожидать, что для этих материалов толщины несверхпроводящей прослойки, через которую может протекать сверхток, должна быть очень мала. Но эксперименты показывали другое - сверхпроводящий ток может протекать через гораздо более толстые металлические прослойки, чем можно было ожидать на основе классических представлений (что и дало основание для наименования эффекта "аномальным"). Это необычное свойство ВТСП привлекло к себе внимание теоретиков, попытавшихся объяснить, в чем же причина такого аномального поведения новых сверхпроводников. Однако ситуация осложнялась тем, что эксперименты не давали окончательного ответа на вопрос, связан ли наблюдаемый эффект со свойствами материала или с несовершенством изготовляемых SNS (сверхпроводник - нормальный металл - сверхпроводник) структур, которое может приводить к появлению "лазеек" для свертока - "микрозакороток".

Рис.1. Схематическое изображение SNS структуры с золотыми контактами.

Исследованию вопроса, "а был ли мальчик?" посвящена недавно опубликованная работа американских и немецких ученых [1]. Мы и раньше писали об экспериментах этой группы ученых ( "Сверхпроводимость в тонких эпитаксиальных пленках: можно ли поднять критическую температуру..." и " ВТСП и антиферромагнетизм - "не брат ты мне"?" ), отмечая масштабность и высокий уровень исследований. То же можно сказать и о нынешней работе. Исследователи изготовили набор SNS переходов (схематическое изображение такой структуры с контактами показано на рис.1), обладающих высоким структурным совершенством, с помощью метода молекулярно-лучевой эпитакии. Сверхпроводящие электроды представляли собой слои сверхпроводника La_1.85Sr_0.15CuO₄ с критической температурой (температурой перехода в сверхпроводящее состояние) 45 K, а между ними заключалась прослойка La_1.85Sr_0.15CuO_4+d - сверхповодника с критической температурой 25 К (при температуре выше 25 К это соединение является нормальным металлом). Толщина прослойки La_1.85Sr_0.15CuO_4+d варьировалась от 1.3 до 20 нм. Исследования показали очень высокое структурное совершенство SNS переходов, что, совместно с результатами проведенных ранее экспериментов на схожей серии структур (см. вышеупомянутую новость ), в которых сверхток отсутствовал при толщине диэлектрической (а не металлической, как в данном случае) прослойки между сверхпроводящими электродами 1.3 нм, свидетельствует об отсутствии "микрозакороток" в выращенных структурах.

Эксперименты показали, что сверхпроводящий ток наблюдается даже при толщине металлической прослойки 20 нм. Эти наблюдения ясно и недвусмысленно показывают, что аномальный эффект близости - это действительно присущее купратным ВТПС необычное свойство. Под конец отметим, что не так часто приходится сталкиваться с работами, в конце которых авторы выражают благодарность сразу трем нобелевским лауреатам.

1. I.Bozovic, G.Logvenov, M.A.J.Verhoeven, P.Caputo, E.Goldobin, and M.R.Beasley. Phys.Rev.Lett, v.93, 157002 (2004).

Е.Онищенко