Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Сверхпроводник атомной толщины для наноустройств

Ключевые слова:  наноустройства, сверхпроводники

Опубликовал(а):  Палии Наталия Алексеевна

21 июня 2015

Исследовательская группа из университета Тохоку изготовила высокотемпературный сверхпроводник атомной толщины с температурой сверхпроводящего перехода (Тс) до 60 К (-213 °С). Также найден способ управления температурой сверхпроводящего перехода. Эта разработка не только дает идеальный объект для исследования механизма сверхпроводимости в двумерной системе, но также прокладывает путь для развития устройств следующего поколения - наносверхпроводящих.

Результаты исследования были опубликованы в Nature Materials.

Сверхпроводники считаются одними из самых перспективных материалов для следующего поколения электронных устройств, поскольку уникальные квантовые эффекты в сверхпроводниках могут обеспечить большое преимущество в экономии энергии и сверхвысокой скорости обработки данных.

Однако для широкого применения сверхпроводящих устройств есть много препятствий. Самым большим из них является необходимость огромной и дорогой системы охлаждения с жидким гелием из-за низкой Тс обычных сверхпроводников, которая близка к абсолютному нулю (0 K, -273 °C). Также сложно реализовать высокую плотность сверхпроводников в электронных устройствах. Для преодоления этих проблем необходимо разработать новый сверхпроводник с более высокой Тс, который может быть изготовлен в виде тонкой пленки.

Исследовательская группа из университета Тохоку обратила свое внимание на селенид железа (FeSe), который является представителем железосодержащих сверхпроводников (группа сверхпроводников, состоящих из двумерного слоя железа, которые впервые были обнаружены в 2008 году профессором Хидео Хосоно из Токийского технологического института в Японии). В то время как Тс объемного FeSe только 8 К (-265 °С), характерные черты высокого значения температуры сверхпроводящего перехода было выявлены в ультратонкой пленке.

Исследователи сначала изготавливали высококачественные плёнки FeSe атомной толщины (рис. 1), с толщиной от одного монослоя (что соответствует трем атомам толщины) до двадцати монослоев (толщина шестьдесят атомов), с помощью молекулярно-лучевой эпитаксии. Затем они тщательно исследовали электронную структуру выращенных плёнок с помощью фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешением (рис. 2).

Рисунок 1. Кристаллическая структура пленки FeSe атомной толщины.
Синий и зеленый кружки - атомы железа (Fe) и селена (Se), соответственно. Температура сверхпроводящего перехода изменена путем введения электронов от осаждения атомов калия (оранжевые круги) на поверхности. Желтые круги представляют собой пару сверхпроводящих электронов (куперовскую пару).

Рисунок 2. Фотоэмиссионная спектроскопия с угловым разрешением.
Электроны испускаются с поверхности при воздействии ультрафиолетового света. Электронная структура кристалла определяется путем измерения энергии и угла эмиссии электронов.

В ходе этих измерений исследователи наблюдали открытие сверхпроводящей щели при низкой температуре, которое является прямым свидетельством появления сверхпроводимости в пленках (рис. 3). Исследователи обнаружили, что Тс однослойной пленки удивительно высокая (выше 60 К), что примерно в 8 раз выше, чем Тс массивного селенида железа.

Рисунок 3. Спектры фотоэмиссионной спектроскопии с угловым разрешениемсверхпроводящей щели в монослойной FeSe-плёнке.
Сверхпроводящая щель (выделено затененной областью) отчетливо наблюдается при низких температурах. С увеличением температуры щель постепенно сокращается и исчезает около 60 К.

В то время как многослойные пленки не демонстрируют сверхпроводимость после выращивания, исследователи обнаружили новый способ внедрять атомы щелочных металлов в плёнки и тем самым контролировать плотность электронов в ней. Используя этот метод, исследователям удалось превратить несверхпроводящие многослойные FeSe-плёнки в высокотемпературные сверхпроводники с Тс ~50 К.

Настоящий результат делает большой вклад как в теоретические, так и прикладные исследования сверхпроводников. Исследователями показано, как возникает сверхпроводимость, усиливается и контролируется в атомно-тонких пленках FeSe. В то время как значения Тс (50-60 К), достигнутые в этом исследовании, по-прежнему ниже, чем для сверхпроводников на основе купратов (135 К), но превышают показатели других ВТСП, таких как фуллереновые (С60) сверхпроводники (Тс ~ 33 К) и MgB2 (Tc ~ 39K), приближаясь к температуре жидкого азота (77 К).

Данное исследование будет продолжено с целью повышения Tc путем изменения количества атомных слоев и легированных электронов, а также типов подложки. Успех в изготовлении высокотемпературного сверхпроводника атомной толщины не только обеспечивает идеальную платформу для исследования двумерной сверхпроводимости, но также открывает перспективы разработки сверхпроводящего наноустройства, состоящего из электронных компонентов атомных размеров.

Источник: Y. Miyata, K. Nakayama, K. Sugawara, T. Sato, T. Takahashi. High-temperature superconductivity in potassium-coated multilayer FeSe thin films . Nature Materials, 2015.





Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Углеродные рожки
Углеродные рожки

Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ”
Участие НТ-МДТ Cпектрум Инструментс в конференции “ГРАФЕН: МОЛЕКУЛА И 2D КРИСТАЛЛ” 5-9 августа 2019 года в Новосибирске

I МОСКОВСКАЯ ОСЕННЯЯ МЕЖДУНАРОДНАЯ КОНФЕРЕНЦИЯ ПО ПЕРОВСКИТНОЙ ФОТОВОЛЬТАИКЕ
14-15 октября 2019 года состоится школа - конференция молодых ученых - I Московская осенняя международная конференция по перовскитной фотовольтаике (Moscow Autumn Perovskite Photovoltaics International Conference – MAPPIC-2019).

Золото России на Международной Химической Олимпиаде
30 июля в Париже завершилась 51-я Международная химическая олимпиада. Она была рекордной по числу участников - 309 школьников из более, чем 80 стран. Олимпиада прошла под девизом "Двигаем науку вместе" ("Make the science together"). Сборная России на олимпиаде завоевала 4 золотые медали и в медальном зачете поделила 1-2 место с командой Кореи. Победителями стали Михаил Матвеев (Вологда) и три москвича - Даниил Бардонов, Алексей Шишкин и Никита Чернов.

3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве
И.В.Яминский
Материалы лекции проф. МГУ, д.ф.-м.н., генерального директора Центра Перспективных технологий И.В.Яминского "3D нанотехнологии в физике, химии, биологии, медицине и инженерном искусстве". 3D принтер, сканирующий зондовый микроскоп и фрезерный станок. Что общего между ними? Как конструировать их своими руками? Небольшой экскурс в практические нанотехнологии. Поучительная история о создании сканирующего туннельного микроскопа. От идеи до нобелевской премии за 5 лет. Взгляд в микромир – от атомов и молекул до живых клеток. Как взвесить массу одного атома? Вирусы и бактерии – наши друзья или враги? Медицинские приложения нанотехнологий – нанобиосенсоры для обнаружения биологических агентов.

Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники
В.А.Кецко
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. В сообщении даны материалы лекции д.х.н., в.н.с. ИОНХ РАН В.А.Кецко "Материалы и пленочные структуры спинтроники и стрейнтроники".

Лекции и семинары от ФНМ МГУ на Нанограде
Е.А.Гудилин
Девятый Наноград, проходивший в Ханты - Мансийске, собрал талантливых школьников, интересных лекторов и преподавателей в области наноматериалов, нанотехнологий и технопредпринимательства. Ниже даны материалы лекций и семинаров представителя ФНМ МГУ проф., д.х.н. Е.А.Гудилина.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!

О наноолимпиаде замолвите слово...

Прошла XII Всероссийская олимпиада "Нанотехнологии - прорыв в Будущее!" Мы надеемся, что нам для улучшения организации последующих наноолимпиад поможет электронное анкетирование. Мы ждем Ваших замечаний, пожеланий, предложений. Спасибо заранее!

Опыт обучения в области нанотехнологического технопредпринимательства

В этом опросе мы просим поделиться опытом и Вашим отношением к нанотехнологическому технопредпринимательству и смежным областям. Заранее спасибо за Ваше неравнодушие!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.