Физика высокотемпературных сверхпроводников и новых квантовых материалов

Цель проекта – синтез новых материалов: высокотемпературных сверхпроводников, сверхпроводников с магнитным упорядочением атомов, топологически нетривиальных материалов; изготовление наноструктур из синтезированных материалов, механическая сборка ван-дер Ваальсовых структур из дираковских материалов, исследование электрических, магнитных, оптических и термодинамических свойств синтезированных материалов и твердотельных наноструктур на их основе при низких температурах, в сильных магнитных полях и при сверхвысоких давлениях. Исследования физической природы и характеристик различных квантовых коллективных явлений, механизмов высокотемпературной сверхпроводимости и поиск путей повышения критических параметров сверхпроводников. Методология проведения работы – в рамках выполнения данной тематики Государственного задания проводились экспериментальные и теоретические исследования. Основные результаты работы 1. Впервые с помощью андреевской спектроскопии обнаружен спиновый экситон в оксипниктидах железа. Сравнение результатов экспериментальных исследований щелевой структуры различными методами позволило получить наиболее полную картину свойств этих сложных многозонных соединений и оценить тип симметрии. Создана аналитическая модель для расчета критических параметров джозефсоновских и андреевских структур на основе сверхпроводников. 2. Предложен единый механизм трансформации электронной структуры оксипниктидов железа при гетеровалентном и изовалентном типах допирования, объясняющий сходство их электронных фазовых диаграмм. Дано объяснение природы дополнительных свободных носителей (дырочных или электронных), возникающих при изовалентном допировании. 3. С использованием импульсных магнитных полей до 68 Тл построена магнитная фазовая диаграмма высокотемпературного сверхпроводящего гидрида (La,Nd)H10. Получены экспериментальные подтверждения применимости теоремы Андерсона об отсутствии влияния немагнитных и сильном влиянии магнитных примесей на сверхпроводящие свойства изученных гидридов, что может служить доказательством электронно-фононного механизма сверхпроводимости в этих материалах под давлением. 4. Методом высокоэнергетического механического сплавления синтезированы объемные соединения Ba0.6Na0.4Fe2As2 и Sr0.5Na0.5Fe2As2. 5. Впервые получено новое сверхпроводящее соединение системы 1111 Ca0.5Sm0.5FeAsF с Тс=54.2 К, что ставит новое соединение в один ряд с наиболее высокотемпературными из всех известных железосодержащих сверхпроводников. Оценка величины верхнего критического поля из магнитометрических исследований образца составляет 190Т. 6. Проведены комплексные исследования пниктидов Ba(Fe,Ni)_2As_2 с вариацией степени замещения локальными методами (андреевская спектроскопия), поверхностными методами (ИК-Фурье спектроскопия отражения) и объемными методами (измерения первого критического поля). Результаты хорошо согласуются: обнаружена двухщелевая сверхпроводимость, показано отсутствие точек нулей (нодов) большой сверхпроводящей щели. Определена щелевая структура и ее температурная зависимость. 7. Для полупроводниковых углеродных нанотрубок реализовано туннельное измерение плотности состояний, продемонстрировано расщепление сингулярности Ван Хова магнитным полем, направленным вдоль трубки. 8. Развиты оптические измерения на слоистых (двумерных) материалах. В частности, освоено получение центров окраски в гексагональном нитриде бора — однофотонных эмиттеров практически рекордной для данного материала светимости. Изучена динамика люминесценции, двухцветная корреляция, а также обнаружено метастабильное состояние эмиттеров 9. Разработана методика создания закрученных гомобислоев графена, представляющих большой интерес в связи с возможностью реализации в них коррелированных фаз. 10. Измерены параметры межслоевой жесткости ван дер Ваальсовых гетероструктур пикоаккустическим методом. 11. В слоистых топологических материалах на основе Bi_2Se_3 была освоена электролитическая интеркаляция медью, приводящая к сверхпроводимости. Достигнута концентрация электронов, вызванная интеркаляцией, 1020 см^-3, что подтверждено данными эффекта Холла и ARPES. 12. Освоен ряд техпроцессов для работы с двумерными материалами и Ван-дер Ваальсовыми гетероструктурами в инертной атмосфере. Всего за отчетный период подготовлено 50 публикаций в рецензируемых журналах, индексируемых в системах WoS, Scopus или РИНЦ