Исследователи из Института Пауля Шеррера (Швейцария) и Пекинского педагогического университета (Китай) выяснили природу электронной нематичности (упорядоченности электронов) в сверхпроводниках на основе железа. Работа опубликована в журнале Nature Physics.
Когда частицы в материале выстраиваются, нарушая вращательную симметрию, но сохраняя трансляционную, материал проявляет нематические свойства. Известны такие жидкие кристаллы-нематики. Существует также электронная нематичность, когда электронные орбитали в материале выстраиваются определенным образом. Электронная нематичность проявляется в так называемых анизотропных электронных свойствах: например, удельное электрическое сопротивление и проводимость могут иметь разные значения в зависимости от того, по какой оси они определялись. Электронной нематичностью характеризуются некоторые сверхпроводники на основе соединений железа. Природа этого явления до сих пор оставалась загадкой.
В рамках нового исследования ученые сосредоточили внимание на одном из сверхпроводников — селениде железа (FeSe). Несмотря на его простую структуру, он обладает удивительными электронными свойствами. Он является сверхпроводником ниже критической температуры в -264 °C, причем ее можно повысить под давлением или при разбавлении материала. Электронная нематичность FeSe проявляется при температуре ниже -183 °C, при этом она не сопровождается дальним магнитным порядком.
Для изучения свойств материала ученые воспользовались методом резонансного неупругого рентгеновского рассеяния. При этом при подготовке образца исследователям нужно было произвести раздвойникование. Двойникование — это явление, при котором кристаллы непараллельно срастаются друг с другом, что затрудняет измерение анизотропных (неодинаковых в разных направлениях) свойств. Обычно для раздвойникования к материалу прилагают давление, чтобы кристаллы выровнялись. В случае с FeSe это не срабатывало. Поэтому ученые срастили его с арсенидом бария и железа (BaFe2As2).
Ученые выявили спиновые возбуждения при высоких энергиях (выше 200 мэВ). На основе этого они сделали вывод, что орбитальные степени свободы — не причина электронной нематичности. Далее ученые рассмотрели спиновую анизотропию в направлении связи Fe-Fe. Для этого они измеряли спиновые возбуждения по двум перпендикулярным направлениям. Для сравнения авторы использовали BaFe2As2. Результаты показали, что FeSe характеризуется высокой спиновой анизотропией. При этом она понижается при повышении температуры и исчезает при температуре нематического перехода, когда материал теряет нематические свойства. Это позволило сделать вывод о спиновой природе электронной нематичности FeSe.
Результаты данного исследования помогли лучше понять электронные свойства железных сверхпроводников. Далее физики планируют изучить, обладают ли другие железные сверхпроводники электронной нематичностью именно спиновой природы. Они также намерены проверить, действительно ли нематические свойства могут проявляться и в других направлениях, а не только по оси Fe-Fe.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
