Высокотемпературные сверхпро­водники

ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ (ВТСП), сверхпроводящие соединения, имеющие рекордно высокие критические температуры Т_с перехода в сверхпроводящее состояние. Высокотемпературная сверхпроводимость обнаружена в 1986 году Й. Г. Беднорцем и К. А. Мюллером в металлооксидных керамиках на основе Ba-La-Cu-О при температурах 30-35 К. Критические температуры многих ВТСП оказались выше температуры сжижения азота (77 К). Так, в купратных соединениях, содержащих иттрий или висмут (например, YBa₂Cu₃0_7-δ и Bi₂Sr₂CaCu₂0_8+δ), Т_с ≈ 90 К, а в ВТСП, содержащих ртуть, Т_с превышают 130 К. Возможность использования жидкого азота вместо жидкого гелия значительно удешевляет применение сверхпроводящих материалов в практических целях.

Купратные сверхпроводники имеют довольно сложную слоистую кристаллическую структуру, в которой основную для сверхпроводимости роль играют кристаллографические плоскости CuО₂. Волновая функция куперовской пары в ВТСП (смотри Бардина - Купера - Шриффера модель) зависит от направления импульса составляющих пару электронов. При изменении направления импульса на 90° в плоскости CuO₂ волновая функция куперовской пары изменяет знак. Это свойство напоминает поведение волновых функций электронов в d-оболочках атома. По аналогии высокотемпературную сверхпроводимость характеризуют как сверхпроводимость с d-спариванием.

Сверхпроводящее состояние возникает, например, в соединениях La_2-xSr_xCuO₄, которые образуются при добавлении стронция в антиферромагнитный диэлектрик La₂CuO₄. Замещение небольшой части лантана стронцием приводит к увеличению концентрации дырок в медно-оксидных слоях. В результате такого допирования антиферромагнитное состояние в La_2-xSr_xCuO₄ разрушается при х ≈ 0,02, а в интервале х = 0,05÷0,27 это соединение становится сверхпроводником. Критическая температура весьма чувствительна к величине х и достигает максимального значения (около 34 К) при х_од ≈ 0,15÷0,17 (оптимальное допирование). При х < х_од высокотемпературные сверхпроводники называют недодопированными, а при х > х_од - передопированными. Аналогичное поведение показывают и другие ВТСП, хотя характерные значения х и Т_с для них могут отличаться от приведённых выше. Исследования ВТСП (в широком смысле) включают изучение этих соединений во всём диапазоне х и Т, в частности, и в той области их значений, где сверхпроводимость отсутствует.

К началу 21 века ВТСП не нашли широкого применения, хотя они уже используются в СВЧ-технике (фильтры, мультиплексоры, линии задержки, резонаторы), в электротехнике и электроэнергетике (кабели для передачи электроэнергии, генераторы, трансформаторы), в микроэлектронике, вычислительной технике, телекоммуникационных технологиях и других областях. Главной задачей в плане применения ВТСП является дальнейшее повышение их критической температуры - создание материалов, Т_с которых лежала бы в области комнатных температур.

Лит.: Koelle D. а. остров High-transition-temperature superconducting quantum interference devices // Reviews of Modern Physics. 1999. Vol. 71. №3; Tsuei С. С., Kirtley J.R. Pairing symmetry in cuprate superconductors // Ibid. 2000. Vol. 72. №4.