ФИЗИКА ВЫСОКОТЕМПЕРАТУРНЫХ СВЕРХПРОВОДНИКОВ И НОВЫХ КВАНТОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

Цель проекта – синтез новых материалов: сверхпроводников, вейлевских и дираковских полуметаллов и других топологически нетривиальных материалов; исследование электрических, магнитных, оптических, тепловых и других физических свойств синтезированных материалов и твердотельных наноструктур на их основе в экстремальных условиях низких температур, высоких магнитных полей и сверхвысоких давлений. Исследования физической природы и характеристик различных квантовых коллективных явлений; проведение исследований в области высокотемпературной сверхпроводимости и поиск путей повышения критических параметров сверхпроводников. Методология проведения работы – в рамках выполнения данной тематики Государственного задания проводились как экспериментальные, так и теоретические исследования. Результаты работы Методами инфракрасной спектроскопии выполнены исследования оптических свойств плазмонов в массивах легированных нанолент графена в функции коэффициента заполнения. Показано, что увеличение как коэффициента заполнения в массивах нанолент, так и концентрации свободных носителей заряда приводит к усилению плазмон-плазмонного взаимодействия и взаимодействия плазмонов с излучением. В результате наблюдаются сильный «красный» сдвиг энергии плазмона и значительное радиационное затухание по сравнению с моделями, не учитывающими взаимодействие. Полученные данные позволяют управлять спектральными свойствами структур на основе графена, что важно для приборных применений. Исследована коллоидная стабильность растворов наночастиц TiN, приготовленных с помощью лазерной абляции в различных жидких средах. Показано, что увеличение количества кислорода, как в связанном, так и в растворенном состояниях, повышает коллоидную стабильность синтезируемых наночастиц TiN, перспективных для биомедицинских применений. Установлено, что в многослойных наноструктурах (с гигантским магнитосопротивлением) [Bi(0.6-2.5 нм)-FeNi(0.8, 1.2 нм)]N слой квази-2D Bi может иметь поверхностную металлическую проводимость, которая существенным образом зависит от морфологии и магнитных свойств слоя FeNi. В рамках предложенной ранее модели, предполагающей кластерную структуру сверхпроводящей фазы ВТСП купратов дано объяснение скейлинговой зависимости, связывающей сверхтекучую плотность при Т=0 с величиной Тс и значением проводимости при Т=Тс. Разработана усовершенствованная технология сборки Ван-дер-Ваальсовых гетероструктур из слоистых материалов с использованием прототипа сборочной машины. Построена теория магнитосопротивления и эффекта Холла в двухкомпонентной классической системе, дающая аналитический ответ. Определены сверхпроводящие параметры слоистых сверхпроводников: дисульфида и диселенида ниобия и измерены зависимости сверхпроводящих щелей от температуры. Создана экспресс методика масочной контактной фотолитографии для работы с микроструктурами на подложках размером порядка 1см х 1 см. Данная методика обладает микронным разрешением и позволяет выполнить интеграцию в бескислородную среду, что важно для работы с двумерными кристаллами. Предложена конструкция модульного недорогого металлографического микроскопа для широкого спектра применений. Изучены особенности Ферми-поверхности нематического топологического сверхпроводника SrxBi2Se3. Методом эпитаксиального наращивания получены кристаллы и пленки состава Srx:Bi2Te3. Изучены механизмы легирования. Методом твердофазных реакций получены поликристаллические образцы пниктидных ВТСП EuFe2As1.4P0.6, EuFe2AsP, EuFe2As0.6P1.4 с характерным размером кристаллитов от 100мкм до 500мкм. Из анализа спектров андреевского отражения оксипниктидов железа на основе Nd и пниктидов Ba(Fe,Ni)2As2 получены температурные зависимости избыточного андреевского тока Iexc(T) и андреевской проводимости при нулевом смещении ZBC(T). Разработана двухзонная модель, хорошо описывающая полученные результаты. Проведены комплексные исследования монокристаллов Ba(Fe,Ni)2As2 недо-, пере- и оптимально допированного состава с широким диапазоном Тс локальными методами (туннельная спектроскопия), поверхностными методами (ИК-спектроскопия) и объемными методами (теплоемкость). Обнаружена двухщелевая СП и отсутствие нулей СП параметров порядка. Получены данные о картине зонной структуры вблизи уровня Ферми. Выращены высококачественные монокристаллы нового магнитного сверхпроводника EuRbFe4As4. Исследована его зонная структура, включая энергетические уровни 3d электронов Fe и 4f Eu, изучено магнитное состояние Eu, методом ARPES и андреевского отражения измерены температурные зависимости сверхпроводящих щелей. Установлено, что антиферромагнитный переход подрешетки ионов Eu не влияет на амплитуду сверхпроводящих параметров порядка в данном магнитном соединении. Впервые синтезированы и исследованы тройные супергидриды на основе La-Y различных составов и двойные гидриды на основе Y при давлениях 170–196 ГПа. В результате обнаружены несколько новых соединений – гексагидрид (La,Y)H6 и декагидрид (La,Y)H10 с максимальной критической температурой 253 K и критическим магнитным полем 135 T при 183ГПа. Измерены температурные зависимости второго критического поля, исследован характер сил пиннинга и поведение критических токов от температуры и магнитного поля. В двумерной сильно-коррелированной системе электронов в Si обнаружены два новых взаимосвязанных эффекта в слабых магнитных полях (параллельных плоскости 2D системы): резкое изменение с полем спиновой восприимчивости и концентрации подвижных носителей. Предложена модель фазового расслоения, объясняющая данные эффекты и основанная на перераспределении носителей между двумя резервуарами – локализованных коллективных состояний с большим спином и подвижных состояний. Синтезированы новые слоистые Ван дер Ваальсовские материалы – тетрателлуриды семейств TaTMTe4 (TM = Ir, Rh, Ru). Для некоторых из них выявлено присутствии в зонной структуре Дираковских конусов вблизи энергии Ферми. За отчетный период подготовлено 48 публикаций в рецензируемых журналах индексируемых в системах WoS, Scopus или РИНЦ