Ферромагнетизм и сверхпроводимость — вещи не сочетаемые, в обычных материалах они не встречаются вместе. Тем не менее, их сосуществования удается добиться, если тонкие слои ферромагнетиков и сверхпроводников расположить вперемежку. Исследователи из Университета Фрайбурга и Института им. Пауля Шеррера PSI попытались выяснить, что произойдет, если при этом использовать высокотемпературные сверхпроводники. Их вывод: высокотемпературный сверхпроводник «задает тон» и полностью меняет состояние ферромагнетиков.

Рис. Сверхпроводимость доминирует над магнетизмом: в начале эксперимента все ферромагнитные слои (М) намагничены с одинаковой силой (слева). В результате охлаждения сверхпроводимые слои (S) теряют сопротивление, и намагниченность резко меняется. Рисунок: Й. Штан, Интитут им. Пауля Шеррера

«Компромиссные состояния», которые возникают в споре между сверхпроводимостью и ферромагнетизмом, могут быть полезны для будущих применений — например, в квантовом компьютере, считают исследователи.

В своих опытах они расположили вперемежку десятинанометровые слои высокотемпературного сверхпроводника Y_0.6Pr_0.4Ba₂Cu₃O₇ и ферромагнетика La_2/3Ca_1/3MnO₃. «При этом мы использовали то обстоятельство, что эти оксиды, наподобие знаменитых кубиков Lego, отлично укладываются в стопки и, таким образом, позволяют скомбинировать слоистые структуры высокого качества», — объясняет выбор материалов исследователь из PSI Кристоф Нидермайер (Christof Niedermayer).

Изначально все ферромагнитные слои были намагничены с одинаковой силой. В результате охлаждения сверхпроводящие слои (S) потеряли свое сопротивление, и характер намагниченности резко изменился: теперь каждый второй слой был намагничен вдвое сильнее, чем изначально, другие же потеряли намагниченность почти полностью.

Исследователи объясняют этот удивительный эффект тем, что магнитный материал может принимать несколько разных состояний. То, в какое именно состояние придет материал в каждом конкретном случае, сильно зависит от внешних обстоятельств — в том числе, от перехода к сверхпроводимости в соседних слоях. На то, что именно этим может быть объяснен данный эффект, указывает и то, что он зависим также и от других факторов, таких как внутреннее напряжение субстрата — основы, на которую нанесены слои. Эти системы слоев исследователи изучали с помощью нейтронного источника SINQ в Институте им. Пауля Шеррера. При этом они использовали свойство поляризованных нейтронов выявлять магнитные структуры в образце с точностью до атома.

Благодаря своим необычным свойствам тонкослойные системы из магнитных материалов уже произвели революцию в современной электронике, и новый эффект, открытый швейцарскими учеными, также может найти интересные применения. Какие именно — покажет будущее. «По меньшей мере, наша работа демонстрирует, что структуры слоев из оксидов могут предложить удивительно обширный "репертуар" необычных качеств», — подчеркивает профессор Кристиан Бернхард (Christian Bernhard) из Фрайбургского центра наноматериалов FriMat Университета Фрайбурга.

Источники:

1. Chemie.de

2. http://www.nanojournal.ru/