Компонент косметики может быть сверхпроводником
Японские ученые показали, что высшие оксиды титана могут обладать сверхпроводимостью. В экспериментах они впервые смогли создать пленки из этого вещества шириной всего в 120 нанометров.
Оксид титана давно применяется в химической промышленности как компонент многих видов продукции от лакокрасочных материалов до косметики. Ученым из Токийского технологического института впервые удалось показать, что этот материал можно использовать и при создании электроники. Правда, речь идет о так называемых высших оксидах титана, с увеличенным числом атомов кислорода и титана. Ультратонкие пленки из него, как выяснилось, обладают свойством сверхпроводимости.
Исследователи работали с соединениями с химическими формулами Ti4O7 и γ-Ti3O5, из которых вырастили пленки толщиной всего в 120 нанометров. До этого подобные соединения исследовались лишь в объемных состояниях, в которых, что примечательно, они, наоборот, обладают свойствами изолятора.
Исходным материалом был Ti2O3, подложкой — сапфировый субстрат. Для выращивания пленок применялся метод импульсного лазерного напыления в четко выверенных атмосферных условиях.
Сверхпроводящие свойства проявляются при температуре в 3 Кельвина (-270 градусов по Цельсию) у соединения Ti4O7 и при температуре в 7,1 Кельвина (-266 градусов по Цельсию) у соединения γ-Ti3O5. При этом точный механизм возникновения сверхпроводимости в данном случае пока не установлен.
Сверхпроводимость — это свойство материала приобретать нулевое электрическое сопротивление при достижении определенных температур. Общепринятого теоретического объяснения этого явления в физике до сих пор не существует, но теория Гинзбурга — Ландау гласит, что все дело в объединении большого числа электронов в особое квантово-механическое состояние. Каждый из таких электронов при движении по кристаллической решетке не может отдельно обмениваться с ней энергией, соответственно, сопротивление оказывается нулевым.
Авторы нового исследования предполагают, что в оксиде титана работает именно этот механизм. Важную роль играет нерегулярное расположение атомов кислорода в структуре: возникают так называемые вакансии кислорода, нестабильные в объемных соединениях, но стабильные в пленках. Это и дает возможность электронам объединяться в описанные выше состояния и перемещаться с нулевым сопротивлением.
Однако пока это лишь гипотеза. Ученые полагают, что простота изучаемых соединений открывает широкие перспективы для масштабного их изучения. В перспективе же сверхпроводящие пленки из оксида титана могут использоваться для создания электронных устройств.
Статья с результатами исследования опубликована в журнале Scientific Reports.
Ранее свойство сверхпроводника открыли у висмута.Евгения Щербина