Электронная структура и свойства новых сверхпроводников класса 12442

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 23-12-00307

НазваниеЭлектронная структура и свойства новых сверхпроводников класса 12442 - пниктидных аналогов купратных ВТСП

Руководитель Пудалов Владимир Моисеевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное бюджетное учреждение науки Физический институт им.П.Н.Лебедева Российской академии наук , г Москва

Конкурс №80 - Конкурс 2023 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 02 - Физика и науки о космосе; 02-209 - Низкие температуры и сверхпроводимость

Ключевые слова слоистые высокотемпературные сверхпроводники; сверхпроводники на основе железа; зонная структура; фотоэлектронная спектроскопия

Код ГРНТИ29.19.00 29.19.03

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
В данном проекте планируется осуществить синтез и исследование новых соединений класса железосодержащих сверхпроводников (IBS) -аналогов купратных ВТСП, в которых основой является каркас бислоев FeAs чередующихся, как обычно в 12442, со спейсером (атомный слой щелочного металла), но также разделенных попарно и крупными блоками Ca2O2. Предварительные расчеты (DFT+GGA), проведенные участниками проекта Павловым, Перваковым и Некрасовым [N.Pavlov, K.Pervakov, I.Nekrasov, arXiv:2205.07007, принято в печать в журнале Computational Materials Science (Q1)], показывают, что носители из орбиталей O-2p поставляются в зону и участвуют в спаривании. Планируется синтезировать эти соединения, замещая фтор кислородом полностью или частично, изучить зонную структуру, ее трансформацию при замещении фтора кислородом и свойства новых соединений как с помощью более детальных теоретических DFT расчетов, так и экспериментальными методами ARPES и микроконтактной и туннельной спектроскопии, Фурье-спектроскопии инфракрасного отражения, а также традиционными методами измерения транспорта и термодинамики. Структура семейства 12442 и данная структура, в частности, наименее тривиальна и наиболее анизотропна среди всех IBS: она напоминает структуру купратов, таких как Bi2Sr2CaCu2O8+δ и YBa2Cu3O7−δ (YBCO). В отличие от фторсодержащих аналогов 12442, позиции атомов фтора в решетке замещены атомами кислорода и за счет этого спаривание происходит с участием 2p орбиталей кислорода, а не только 3d орбиталей железа (как во всех остальных IBS). Кислородные O-2p состояния образуют дополнительные участки поверхности Ферми в центре зоны Бриллюэна и, вследствие гибридизации, модифицируют листы, связанные с Fe-3d орбиталями. Ожидается, что свойства соединений этого класса унаследуют достоинства обоих родительских соединений - более высокие критические температуры купратов (относительно IBS) при сохранении высоких значений критических полей (присущие IBS). Поскольку соединения 12442 имеют кристаллическую структуру почти двумерного характера, то будет исследован вопрос об анизотропном (межслоевом или внутрислоевом) переносе заряда и потенциальном анизотропном возникновении сверхпроводящей фазы с различной размерностью зародышей, будут получены данные о предполагаемой симметрии спаривания смешанного волнового типа (s и d), ее изменении при допировании кислородом и потенциальный переход Лифшица с сопутствующими изменениями симметрии параметра порядка и связности поверхности Ферми. Будет осуществлен поиск возможного наличия псевдощелевого состояния и исследование его природы различными экспериментальными методами.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Садаков А.В., Гиппиус А.А., Данмярходжаев А.Т., Муратов А.В., Клюшник А.В., Соболевский О.А., Власенко В.А., Шилов А.И., Перваков К.С. Multiband superconductivity in KCa2Fe4As4F2 Письма в ЖЭТФ (год публикации - 2024)
10.1134/S0021364023603676

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
В рамках проекта РНФ 23-12-00307 проведены следующие исследования: Спектроскопия Андреевских отражений в системе 12442. Были исследованы кристаллы RbCa2Fe4As4F2, являющегося сверхпроводником класса 12442. Туннельные измерения проводились на контактах сверхпроводник-нормальный металл-сверхпроводник, полученных по методике break-junction с помощью криогенного скола в атмосфере гелия. Из наличия двух субгармонических структур на спектрах дифференциальной проводимости были получены величины двух сверхпроводящих щелей, которые составили 6,3 мэВ и 2,8 мэВ (при минимальной температуре 1.5К) – см. рисунок 8.1. Полученные характеристические отношения 4,7 для большей щели и 2,8 для малой щели являются типичными для железосодержащих сверхпроводников. Температурные зависимости сверхпроводящих щелей были получены из зависимости спектров дифференциальной проводимости от температуры и демонстрируют поведение, отличное от предсказаний теории БКШ. Симметрия минимумов на туннельных спектрах и отсутствие дублетной структуры свидетельствует об изотропии параметров порядка в k-пространстве. Результаты опубликованы в статье. [http://jetpletters.ru/ps/2490/article_36539.shtml] Проведены транспортные исследования на монокристаллах и поликристаллах системы 12442 - RbCa2Fe4As4F2 и KCa2Fe4As4F2. Транспортные измерения кристаллов проводились с приложением магнитного поля величиной до 19Т. Используя формулу Аррениуса, обнаружено два разных режима термоактивированного потока вихрей. Зависимость энергии активации от магнитного поля различна в двух разных режимах, для высокотемпературного режима U(H)~H-a наблюдается степенной спад, для низкотемпературного режима в области малых магнитных полей U(H)~ln(H). Результаты опубликованы в статье [http://jetpletters.ru/ps/2479/article_36382.shtml] Кроме этого, проведены исследовани первого, второго критических полей и критических токов в системах 12442, 1111. Обнаружены планарные дефекты в системе 12442, которые представляют из себя монослои родительских фаз.

Публикации

1. Садаков А.В., Власенко В.А., Семенок Д.В., Чжоу Д., Троян И.А., Усольцев А.С., Пудалов В.М. Quasi-two-dimensional vortex matter in the ThH10 superhydride Physical Review B, Том 109, страница 224515 (год публикации - 2024)
10.1103/PhysRevB.109.224515

2. Сидельников М.С., Пальниченко А.В., Перваков К.С., Власенко В.А., Зверькова И.И., Успенская Л.С., Пудалов В.М., Винников Л.Я. Прямое наблюдение пиннинга вихрей Абрикосова в пространственно неоднородном кристалле EuRbFe4As4 Письма в ЖЭТФ, том 119, вып. 7, с. 518 – 523 (год публикации - 2024)
10.31857/S1234567824070085

3. Усольцев А.С., Даниярходжаев А.Т., Гиппиус А.А., Садаков А.В. Сверхпроводящий параметр порядка соединения RbCa2Fe4As4F2 Письма в ЖЭТФ, том 120, вып. 12, с. 961 – 969 (год публикации - 2024)
10.31857/S0370274X24120212

4. Жувагин И. В., Власенко В. А., Усольцев А. С., Гиппиус А. А., Перваков К. С., Прищепа А. Р., Прудкогляд В. А., Гаврилкин С. Ю., Денищенко А. Д., Садаков А. В. Synthesis and Properties of a 12442-Family Superconductor JETP Letters, Том 120, страницы 277–283 (год публикации - 2024)
10.1134/S0021364024602021

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчетном периоде был проделан спектр работ по исследованию сверхпроводников классов 12442, 1111, 1144, 122. В частности: В ходе работы проведено комплексное исследование вихревой материи и механизмов пиннинга в монокристаллах недодопированного сверхпроводника PrFeAs(O,F). Методами магнитометрии, транспортных измерений и просвечивающей электронной микроскопии изучена зависимость критического тока от температуры и магнитного поля в двух ориентациях (B∥c и B∥ab). Определены верхние (Bc2(0) = 31 Тл для B∥c и =90 Тл для B∥ab) и нижние критические поля, рассчитаны основные термодинамические параметры сверхпроводящего состояния. Обнаружен режим сильного пиннинга в промежуточных полях во всей температурной области. С помощью анализа скейлинга пиннирующей силы и высокоразрешающей микроскопии установлено, что доминирующий вклад в пиннинг вносят точечные дефекты (замещение кислорода фтором и вакансии кислорода) через механизм флуктуаций длины свободного пробега квазичастиц. Концентрация таких дефектов оценена как ∼0.59 на элементарную ячейку. Построены полные магнитные фазовые диаграммы вихревого состояния для обеих ориентаций поля, демонстрирующие последовательность режимов: пиннинг отдельных вихрей, сильный коллективный пиннинг, второй пик намагниченности и переход от упругого к пластическому поведению решетки вихрей. Показано, что, несмотря на более низкую критическую температуру, PrFeAs(O,F) превосходит широко используемый MgB2 по величине верхнего критического поля и линии необратимости, что делает его перспективным материалом для применений в сильных магнитных полях. https://journals.aps.org/prmaterials/abstract/10.1103/d4t9-gk9z Кроме этого были изучено поведение вихревой системы, плотности критического тока, исследованы спектры андреевских отражений, получены температурные зависимости параметра порядка в кристаллах классов 12442, 1144, 122, 1111. Работа выполнена при поддержке гранта РНФ № 23-12-00307.

Публикации

1. М.В. Голубков, В.А. Степанов, А.В. Садаков, А.С. Усольцев, Д.А. Чареев Эффект Джозефсона в точечных контактах с FeSe Физика твердого тела, том 67, выпуск 5, страницы 790–796 (год публикации - 2025)
10.61011/FTT.2025.05.60739.124-25

2. Григорьев П.Д., Павлов Н.С., Некрасов И.А., Шеин И.Р., Садаков А.В., Соболевский О.А., Мальцев Е., Пудалов В.М. Universal negative magnetoresistance in antiferromagnetic metals from symmetry breaking of electron wave functions Communications Materials, 6, 252 (год публикации - 2025)
10.1038/s43246-025-00970-5

3. Иванова Е.М., Даниярходжаев А.Т., Моргун Л.А., Массалимов Б.И., Садаков А.В., Усольцев А.С. Multigap Superconductivity in Iron-free Pnictide BaPd2As2 Revealed by Local Magnetization and SNS-Andreev Spectroscopy. JETP Letters (год публикации - 2025)

4. Андрей В. Садаков, Владимир А. Власенко, А. Ю. Левахова, И. В. Жувагин, Е. М. Фомина, В. А. Прудкогляд, А. Ю. Цветков, А. С. Усольцев, Н. Д. Жигадло Vortex matter and strong pinning in underdoped PrFeAs(O,F) with atomic-sized defects Physical Review Materials, 9, 104801 (год публикации - 2025)
10.1103/d4t9-gk9z

5. Денищенко А.Д. , Власенко В.А., Перваков К.С. Новый высокоэнтропийный сверхпроводник (Na0,2K0,2Rb0,2Sr0,2Ba0,2)Fe2As2 Bulletin of the Lebedev Physics Institute (год публикации - 2026)

6. Даниярходжаев А.Т., Иванова Е.М., Усольцев А.С. Многощелевая сверхпроводимость в DyFeAsO1-xFx Bulletin of the Lebedev Physics Institute (год публикации - 2026)