Грант РНФ 22-72-10082. Комплексное определение структуры сверхпроводящего параметра порядка в пниктидах и селенидах щелочных металлов

Проект посвящен масштабному комплексному исследованию свойств железосодержащих сверхпроводников на основе щелочных металлов NaFeAs (так называемое семейство 111) и AFe2Se2 (A – щелочной металл, семейство 122-Se). Благодаря взаимодействию сверхпроводящей, магнитной и нематической подсистем и близости перехода Лифшица эти малоизученные соединения демонстрируют нетривиальные свойства и представляются самыми экзотическими среди всех неклассических сверхпроводников. В отличие от большинства железосодержащих сверхпроводников, представители данных семейств сверхпроводят в стехиометрическом составе. Вариация степени допирования или приложение давления приводят к изменению критической температуры Тс, что позволяет исследовать эволюцию сверхпроводящих свойств вдоль фазовой диаграммы. Однако, наличие щелочных металлов в структуре вызывает быструю деградацию этих кристаллов в присутствии кислорода и даже следовых количеств паров воды, что значительно затрудняет работу с этими сверхпроводниковыми материалами. Процесс подготовки образца и проведение эксперимента необходимо проводить в защитной атмосфере. Селениды семейства 122-Se также обладают естественным фазовым расслоением: большую часть объема занимает антиферромагнитная фаза A2Fe4Se5 со сверхрешеткой вакансий железа; на границах этой фазы образуется стехиометрическая сверхпроводящая фаза AFe2Se2, свойства которой определяются не только допированием, но и химическим давлением и структурными параметрами. Сложность работы с подобными кристаллами и неприменимость многих методов исследования обусловливают на данный момент крайне немногочисленные и разрозненные экспериментальные данные о свойствах пниктидов и селенидов щелочных металлов. Предлагаемый проект уникален и не имеет мировых аналогов. Для проведения исследований будут синтезированы крупные высококачественные монокристаллы указанных сверхпроводников. Основная задача проекта заключается в определении структуры и температурной зависимости сверхпроводящих параметров порядка данных соединений двумя методами спектроскопии высокого разрешения: туннельной спектроскопии механически регулируемых планарных контактов на микротрещине ""break-junction"" (прямой локальных метод) и инфракрасной Фурье-спектроскопии отражения (прямой поверхностный метод). Дополнительно величина и симметрия параметров порядка будет оценена из аппроксимации температурной зависимости электронной теплоемкости (объемный метод) в рамках двухщелевых моделей. Вторым направлением работы является измерение транспортных, магнитных и магнитотранспортных характеристик в широком диапазоне температур от 0.1 К, магнитных полей до 16 Тл и приложенных гидростатических давлений до 2 ГПа с целью оценки второго критического поля и построения соответствующих фазовых диаграмм. Эксперименты будут проведены на монокристаллах с вариацией состава для определения эволюции сверхпроводящих, транспортных, магнитных и термодинамических характеристик вдоль фазовой диаграммы. Участники проекта имеют обширный научный задел (в том числе по исследованию железосодержащих сверхпроводников родственных семейств) и опыт подобных комплексных исследований. В состав коллектива входят исследователи, обладающие опытом преподавательской деятельности и представления результатов на международных конференциях, а также активные молодые участники. Предлагаемые в проекте методы обладают высоким разрешением и гарантированно применимы к исследуемым образцам пниктидов и селенидов семейств 111 и 122-Se. Ожидаемые результаты будут соответствовать мировому уровню и могут быть использованы для установления фундаментальных закономерностей свойств пниктидов и селенидов железа, влияния магнетизма на сверхпроводящую подсистему, а также при разработке и улучшении теоретических моделей описания механизмов неклассической сверхпроводимости. Подобные исследования имеют не только фундаментальное значение, но и позволят в будущем создавать новые материалы с возможностью их индивидуальной настройки для решения прикладных задач (к примеру, создания сверхмощных соленоидов).