8-ми молекулярный сверхпроводник (BETS)2GaCl4

      Однако  здесь перед учеными возникла техническая сложность. Убедиться  в том, что вещество наноскопических  размеров является сверхпроводящим, —  очень непростая задача. Традиционные методы обнаружения сверхпроводимости (резкое падение до нуля сопротивления и магнитной проницаемости материала) ввиду масштабов образца здесь явно не помогут. Единственный способ это понять — «увидеть», что в исследуемом объекте появились куперовские пары. И сделать это можно с помощью сканирующего туннельного микроскопа.

      Разумеется, здесь не идет речь о визуальном обнаружении куперовских пар. «Видят»  формирование электронных пар исследователи  иначе. Когда игла сканирующего микроскопа приближается на расстояние порядка  1 нм к образцу, то при приложении между ними напряжения (называемого напряжением смещения) через вакуумный зазор (между иглой и поверхностью) начинает протекать туннельный ток некоторой величины. Изменяя напряжение смещения при заданном положении иглы, ученые фиксируют, как меняется при этом величина туннельного тока для данного участка образца. Зависимость туннельного тока от напряжения смещения называется вольт-амперной характеристикой. Из вольт-амперной характеристики «извлекают» зависимость проводимости системы «игла микроскопа — участок поверхности материала» от подаваемого напряжения смещения и далее анализируют. Если исследуемое вещество действительно сверхпроводящее, то зависимость проводимости от напряжения будет иметь два пика с характерным провалом между ними (рис. 3а). Ширина этого провала и определяет величину энергетической щели. Когда же сверхпроводимости нет, то кривая «проводимость—напряжение» не будет обладать двухпиковой структурой.

      Все эти манипуляции и были проделаны. Оказалось, что при температуре 5,4 К энергетическая щель равнялась приблизительно 12 мэВ (рис. 4a).

      Чтобы подтвердить существование сверхпроводимости  в (BETS)₂GaCl₄, ученые получили зависимости проводимости от напряжения смещения при других температурах (рис. 4b). Из графиков на рис. 4b видно, что при температуре выше 10 К никаких пиков и провалов уже не наблюдается. Следовательно, энергетическая щель равна нулю (куперовских пар нет), а значит, (BETS)₂GaCl₄ перешло в нормальное состояние.

      Рис. 4. a — проводимость dI/dV системы «игла микроскопа — участок поверхности (BETS)₂GaCl₄» в зависимости от приложенного межу иглой и исследуемым образцом напряжения. Сплошной синей линией показана кривая, полученная экспериментальным путем. Желтым цветом — аппроксимирующая теоретическая зависимость. Ширина провала или расстояние между пиками определяет величину энергетической щели. b — эволюция энергетической щели (ее уменьшение) при увеличении температуры, наблюдаемая на зависимостях проводимости от напряжения. [3]

      И вот только теперь ученые непосредственно обратились к проблеме минимального размера сверхпроводника. Для этого они посредством всё тех же зависимостей проводимости от напряжения смещения определили, как меняется энергетическая щель от числа звеньев, входящих в двухслойную молекулярную цепочку (BETS)₂GaCl₄, выстроенную вдоль оси y (см. рис. 3d). Выяснилось (рис. 5), что энергетическая щель отлична от нуля (равна приблизительно 2 мэВ) даже тогда, когда число звеньев в цепочке равно 4, то есть когда сверхпроводник образуется 8 молекулами (BETS)₂GaCl₄. Несложно посчитать, что размеры такого наноскопического сверхпроводника составляют всего лишь 0,87 · 4 ≈ 3,5 на 3,76 нм.

      Рис. 5. Энергетическая щель как функция числа звеньев в молекулярной цепочке (BETS)₂GaCl₄. Вставки на графике демонстрируют количество звеньев в цепочке. Вставка справа показывает зависимости проводимости dI/dV системы «игла микроскопа — поверхность сверхпроводника» от напряжения смещения, соответствующие этим цепочкам с заданным количеством звеньев. [3] 

      3. Заключение

      Таким образом работы в области сверхпроводимости дали мощный импульс инженерным и технологическим разработкам и вызвали оживление на рынке сверхпроводниковых материалов и устройств.

      В течении многих лет создавались  различные сверхпроводники, каждый из которых обладал своими преимуществами и недостатками. Благодаря работе K. Clark, A. Hassanien, S. Khan, K.-F. Braun, H. Tanaka, S.-W. Hla в распоряжении ученых оказался самый маленький сверхпроводник, размеры которого составляют всего лишь 0,87 · 4 ≈ 3,5 на 3,76 нм., из тех, которые когда-либо были получены.

       Список использованной литературы

1. Журнал "Радио" 1998 г. №10,№11
2. Qin et al. «Superconductivity at the Two-Dimensional Limit» // Science 5 June 2009: V. 324. P. 1314–1317
3. K. Clark, A. Hassanien, S. Khan, K.-F. Braun, H. Tanaka, S.-W. Hla. Superconductivity in just four pairs of (BETS)₂GaCl₄ molecules // Nature Nanotechnology. V. 5. P. 261–265 (2010).