ИСТИНА

Междисциплинарный проект, выполняемый в Институте физики твердого тела им. Лейбница (Дрезден, Германия) и в Московском Государственном Университете им. М.В. Ломоносова (Россия) развивает недавно начатые плодотворные совместные исследования ученых, работающих в области экспериментальной и теоретической физики твердого тела, и химиков, специалистов по получению поликристаллических образцов и выращиванию монокристаллов с ценными физическими свойствами. В проекте ставится задача получения и всестороннего исследования соединений типа AFeAs, (A = Li, Na) и FeSe, относящихся к так называемым семействам 111 и 11 новых сверхпроводников на основе пниктидов и халькогенидов железа. Образцы LiFeAs, NaFeAs, FeSe будут получены как в поликристаллическом виде, так и в виде монокристаллов. Будет также проводиться поиск новых представителей указанных семейств, как путем изменения проводящих FeAs (FeSe) слоев замещением атомов Fe и (или) As (Se), так и модифицированием зарядовых резервуаров (межслоевого пространства) путем интеркаляции в случае 11, либо путем частичного или полного замещения атомов щелочного металла (в соединениях 111) на другие катионы, как неорганические, так и органические. Качественный и количественный состав полученных соединений будет определяться методами рентгенофазового анализа, локального рентгеноспектрального микроанализа, масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой и электронной микроскопии. Кристаллическое строение новых веществ будет установлено методом рентгеноструктурного анализа. Ввиду сильной гигроскопичности этих веществ и их неустойчивости на воздухе, особое внимание будет уделено разработке особых приемов работы по получению этих веществ и приготовлению на их основе проб для проведения физических измерений. Мощный арсенал современных физических методов позволит охарактеризовать как термодинамические (намагниченность, теплоемкость, тепловое расширение и др.), так и кинетические (удельное сопротивление, теплопроводность) свойства полученных веществ. Изучение физических свойств будет дополнено резонансными методиками (ЯМР, ЯКР, ЭПР, эффект Мессбауэра), предполагается также проведение теоретических исследований. Выявление кристаллохимических закономерностей и особенностей физического поведения различных производных 111- и 011-фаз позволит выявить взаимосвязь состав-структура-свойства для изучаемых сверхпроводников и сформулировать алгоритм поиска новых перспективных сверхпроводящих материалов

В проекте решалась задача получения и всестороннего исследования новых сверхпроводников на основе слоистых пниктидов и халькогенидов железа, относящихся к семействам 111 (AFeAs, A = Li, Na) и (11 FeSe). Поиск новых производных осуществлялся путем катионного и анионного замещения. Исследование замещения в слой зарядового резервуара семейства 111 [Li(1-х)Mx]FeAs (M= Na, K, Fe, Mn, Co) показало невозможность изовалентного замещения. В то же время, было впервые установлено существование области твердых растворов [K1-хNax]Fe2As2 (x<0.5), получены и охарактеризованы монокристаллы этого сверхпроводника. Также впервые была показана возможность замещения лития на марганец с образованием непрерывного ряда твердых растворов [Li1-xMnx]FeAs. То, что атомы Fe занимают позиции только в проводящем слое [FeAs], подтверждено месс-бауэровской спектроскопией. Появление катионов d-металлов в слое зарядового резервуара приводит к реализации антиферромагнитного упорядочения. Аналогичные свойства демонстрирует и (Li1-xFex)FeAs (x<0.15) - продукт частичного замещения лития на железо, для которого были получены как поли- так и монокристаллические образцы. Модифицирование проводящего слоя осуществлялось как путем замены мышъяка на фосфор, так и замещением железа на другие металлы. Анализ монокристаллов предполагаемого состава АFeAs1-xPx (x=0.05, 0.07) не подтвердил образования твердого раствора, тогда как замещение Fe на Co и Ni приводит к образованию однофазных поли- и монокристаллических образцов, проявляющих сверхпроводящие свойства. Изучение серии монокристаллов А[Fe1-xCox]As (x=0, 0.025, 0.05) показало, что в случае LiFeAs (TC=18К для x=0) замещение железа на кобальт подавляет сверхпроводимость, в то время как для NaFeAs приводит к противоположному эффекту: содержание сверхпроводящей фракции возрастает до 100%, TС увеличивается от 9 до 21К. Проводились также работы по синтезу, исследованию свойств и микроструктуры нового класса сверхпроводников - продуктов интеркалирования щелочных металлов в межслоевое пространство семейства 11: AxFe2-ySe2 (A=K, Rb). Разработанная методика позволила получить сверхпроводящие монокристаллы этих фаз. Изучение возможности замещения Fe на Co показало, что по сравнению с арсенидными аналогами даже небольшого уровня допирования достаточно для подавления сверхпроводимости. Исследование образцов K0.8[Fe,Co]1.8Se2 методами ED и просвечивающей электронной микроскопии высокого разрешения показало наличие неупорядоченных областей, а также областей сверхструктурного упорядочения трех типов. Один из типов упорядочения, характерный для Tl1Fe1.5+xS2, в образцах KxFe2-ySe2 был обнаружен впервые. Во всех случаях индивидуальность полученных образцов подтверждалась методами РФА, рентгеноспектрального микроанализа, в ряде случаев ISP MS. Изучение физических свойств проводилось путем измерения температурных и полевых зависимостей магнитной восприимчивости, удельного сопротивления, удельной теплоемкости. Значительные результаты были достигнуты в области получения монокристаллов сверхпроводящих фаз. Была разработана методика синтеза и впервые в мире выращены монокристаллы сверхпроводника LiFeAs высокого качества с размерами до 1 см, что позволило провести ряд прецизионных физических измерений с использованием таких методов, как ARPES, SANS, микроконтактная спектроскопия, измерение Т-зависимостей намагниченности, удельного сопротивления и удельной теплоемкости в присутствии и отсутствии магнитных полей. Полученные результаты имеют принципиальное значение для понимания природы сверхпроводимости не только для LiFeAs, но и для всех сверхпроводящих слоистых пниктидов и халькогенидов. На основе разработанной методики впервые осуществлен синтез и подробное исследование физических свойств монокристаллических образцов LiFe1-xCoxAs с разным уровнем допирования. Кроме того, в работе были получены и всесторонне исследованы монокристаллы Fe(Se,Te), а также монокристаллы Na[Fe1-xCox]As (x=0, 0.025, 0.05, 0.08). Таким образом, совместные усилия российских и немецких исследователей внесли важный вклад в установление природы сверхпроводимости в новом классе сверхпроводников на основе пниктидов и халькогенидов железа.