Высокотемпературная сверхпроводимость на границе
раздела диэлектриков
CaCuO2
и
SrTiO3
Электронные свойства границ раздела сложных оксидов могут радикально отличаться от таковых в объеме образца. Например, граница между диэлектриками LaAlO3 и SrTiO3 является сверхпроводящей, хотя и с очень низкой критической температурой Tс ~ 0.1 К. В работе [1] (Италия, США) обнаружена высокотемпературная сверхпроводимость двухслойных пленок CaCuO2/SrTiO3 на подложках NdGaO3. Она наблюдается лишь в том случае, когда плоскость Ca в слое CaCuO2 граничит с плоскостью TiO2 в слое SrTiO3 (см. рис.) и поэтому оказывается допированной кислородом (Ca ® CaOx), который через связи Cu-O поставляет дырочные носители заряда в плоскости CuO2.
a
– Температурные зависимости сопротивления двухслойных и трехслойных пленок из
слоев
CaCuO2
(CCO),
SrTiO3
(STO)
и
CaTiO3
(CTO)
на подложках
NdGaO3
(NGO).
Здесь
amSTO
– аморфный слой
SrTiO3.
b-d
– Схематическое изображение структуры различных границ раздела.
Данные сканирующей просвечивающей электронной микроскопии и спектроскопии характеристических потерь энергии электронами указывают на то, что в (сверх)проводимости участвует элементарная ячейка CaCuO2, непосредственно примыкающая к границе раздела. Максимальная Tc составляет около 40 К.
Л.Опенов
1. D. Di Castro et al., Phys. Rev. Lett. 115, 147001 (2015).
Ультратонкие сверхпроводящие пленки Mo2C
В семье квазидвумерных материалов очередное прибавление: карбид молибдена. Используя метод химического осаждения паров, китайские физики изготовили хоть и не монослои, но чрезвычайно тонкие кристаллы Mo2С толщиной несколько нанометров (рис. 1) и поперечными размерами более 0.1 мм [1].
Следствием ионно-ковалентной связи атомов Mo и C является сочетание твердости, прочности и термической устойчивости с металлической проводимостью. Более того, в этих ультратонких пленках наблюдается сверхпроводимость, которая, впрочем, исчезает при уменьшении толщины до 3.4 нм (рис. 2). Комбинация таких пленок с другими 2D структурами может привести к созданию новых гибридных структур с необычными свойствами. Авторы отмечают, что развитая ими методика пригодна и для синтеза ультратонких слоев карбидов других переходных металлов (WC, TaC).
|
|
|
|
Рис. 1.
Схематическое изображение монослоя
Mo2C
(вверху) |
Рис. 2. Температурные зависимости электросопротивления пленок Mo2C различной толщины. |
Л.Опенов
1. C.Xu et al., Nature Mater. 14, 1135 (2015).
Сегодня для получения графена широко используются такие методы, как механическое расщепление (отшелушивание), химическое осаждение из газовой фазы (CVD) и эпитаксия, кроме того, достаточно распространен химический синтез. Однако даже наличие отработанных комплексных методик далеко не всегда позволяет получить высококачественный графен приличных размеров, поэтому желаемой целью исследователей является поиск несложного и эффективного способа создания идеального графенового листа, обладающего при этом хорошей повторяемостью. Ученые из Поднебесной предложили свое решение – экологически чистый синтез графена из биомассы в рамках, так называемой, “зеленой химии”. Созерцание природы и поиск вдохновения в ней всегда было характерной особенностью восточного мировоззрения, а проблема перерождения – это один из ключевых вопросов любой философии. Вот и авторы работы [1] пришли к заключению, что неживые листья камфорного дерева могут дать жизнь графеновому листу. В основе предлагаемого ими метода лежит пиролиз: сначала в постоянном потоке азота листья нагревали до 1200 ºC со скоростью 10 ºC/мин, затем выдерживали 4 мин при этой температуре и, наконец, оставляли медленно остывать до “комнаты” (см. рис.). После высокотемпературного пиролиза образцы смешивали с D-тирозином и хлороформом и подвергали центрифугированию для отделения от смеси аморфного углерода. В конечном итоге авторы получили многослойный (согласно данным атомно-силовой микроскопии), состоящий из семи слоев графен, что подтвердилось рамановской спектроскопией и просвечивающей электронной микроскопией. Исследователи отмечают, что выделить многослойный графен удалось благодаря π-π взаимодействию между графеновыми листами и D-тирозином (см. рис.).
Схема получения графена из листьев камфорного дерева
При необходимости, D-тирозин может быть легко выведен из образца, поскольку он растворим в большинстве сильных кислот и оснований. В конечном итоге представленные авторами результаты подтверждают возможность синтеза графена напрямую из биоресурсов без каких-либо специальных катализаторов или многоступенчатых химических реакций. Тем не менее, необходимы технологические улучшения этого подхода, направленные, во-первых, на уменьшение числа слоев в получаемом графене и, во-вторых, на создание крупномасштабного его производства.
М. Маслов
1. S.S.Shams et al., Mater. Lett. 161, 476 (2015).
Композитные нанопокрытия могут снизить риск образования
тромбов
в искусственных сосудах и стентах
Российские ученые из Санкт-Петербургского национального исследовательского университета ИТМО и Петрозаводского ГУ разработали уникальное нанопокрытие искусственных сосудов и стентов, которое сможет помочь существенно снизить риск образования тромбов [1].
Сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти во всем мире. Большую опасность для человека представляет сужение сосудов (стеноз), которое может привести к ишемической болезни сердца, нарушению мозгового кровообращения. Раньше основным методом лечения была операция коронарного шунтирования, но с конца прошлого века для восстановления проходимости сосуда стали широко использовать более простую процедуру стентирования. Стент – специальный цилиндрический каркас из металла или пластика, который помещается в просвет сосуда (или другого полого органа) и расширяет его. В настоящее время существует уже около 400 типов стентов, самораскрывающихся или раскрываемых баллоном. Они различаются по материалу, конструкции, системе доставки. Разработка стентов с лекарственным покрытием позволила снизить количество случаев повторного сужения сосудов, которое возникает, например, из-за чрезмерного разрастания мышечной ткани. При аневризме аорты и других патологических расширениях сосудов используют стент-графты (сочетание сосудистого протеза со стентом). К сожалению, и после имплантации стент-графта, и после стентирования возможно образование тромбов. Применение современных стентов с покрытиями, из которых постепенно выделяются разрушающие тромб лекарства, лишь отдаляет опасные последствия. Авторы [1] предложили альтернативный подход – препарат не выделяется, а постоянно находится внутри пористого покрытия трансплантата и работает неограниченное время.
В своих предшествующих публикациях [2, 3] исследователи сообщили о разработке тромболитических (то есть способствующих растворению тромба) композитов. В биосовместимую матрицу из нанокристаллического оксида алюминия они внедрили белок ТРА, активатор циркулирующего в крови плазминогена [2]. Под действием активатора плазминоген превращается в белок плазмин, который разрушает волокнистый белок фибрин – основу тромба (рис. 1). Активатор не теряет своей активности даже после 30 дней испытаний в физиологическом растворе.
Рис. 1. Плазминоген, циркулирующий в крови, проникает в пористый композит и под действием внедренного в него активатора ТРА превращается в плазмин. Плазмин расщепляет фибрин – основу тромба. Начинается фибринолиз – процесс растворения тромба.
В новой работе [1] исследователи успешно использовали композит для создания тромболитического покрытия. Данные электронной микроскопии и рентгеновской дифракции показали, что пленки, полученные золь-гель методом, состоят из плотноупакованных наностержней оксида алюминия (точнее, бёмита) размером 2×5 нм2 (рис. 2). Раствор фермента урокиназы, который в этой работе применяли в качестве активатора плазминогена, добавляли к золю. После конденсации молекулы активатора оказались захваченными в поры оксида алюминия. Для исследований использовали пленки, нанесенные как на стекло, так и на внутреннюю поверхность сосудистого графта. Тромб синтезировали путем добавления тромбина к раствору плазмы крови с известным содержанием плазминогена и фибриногена. (Тромбин – фермент, под действием которого из фибриногена плазмы крови образуется волокнистый белок фибрин, основа тромба). Эксперименты на стекле показали, что растворение тромба обеспечивают молекулы активатора, захваченные в мелкие поры. Процесс формирования плазмина происходит при миграции плазминогена в пористый композит.
Важно, что синтезированный композит имеет бимодальную пористую структуру – кроме пор диаметром 2-3 нм присутствуют также мезопоры с характерными размерами 14-40 нм (рис. 2). Это, с одной стороны, обеспечивает сохранность молекул активатора в мелких порах и стабильность активности, а с другой стороны позволяет плазминогену легко проникать в каналы носителя. Взаимодействие плазминогена с активатором приводит к образованию плазмина, который растворяет сгусток крови.
Рис. 2.
Слева: ТЕМ изображение нанокристаллического золь-гель оксида алюминия.Покрытие на внутренней поверхности полимерного графта диаметром 8 мм получили методом окунания в золь с активатором (концентрация урокиназы 2.5%; 5%; 7.5% и 10%). Золь на несколько мкм проникает внутрь и после высушивания и конденсации превращается в гель. Волокна полимерного графта служат упрочняющими элементами, покрытие надежно фиксируется. В зависимости от концентрации урокиназы для рассасывания и удаления тромба потребовалось от 10 до 80 мин. В графтах без покрытия тромб сохранился (рис. 3).
 |
 |
 |
|
Рис. 3. (а)
SEM
изображение тромболитического золь-гель покрытия на стенке сосудистого
графта. |
||
Покрытия можно наносить на любые поверхности. Авторы утверждают, что это единственные в мире тромболитические покрытия, срок службы которых практически не ограничен. Биосовместимые композиты с внедренными активаторами плазминогена смогут растворять тромбы еще на стадии формирования.
О. Алексеева
1. Y.Chapurina et al., J. Med. Chem. 58, 6313 (2015).
2. V.Vinogradov et al., Sol-Gel Sci. Technol. 73, 501 (2015).
3. V.Vinogradov et al., J. Mater. Chem. B 2, 2868 (2014).
Двухкубитная квантовая логика в кремнии
До настоящего времени двухкубитные операции в твердотельных системах удавалось осуществлять только со сверхпроводниковыми кубитами.
Схема двухкубитного
логического устройства
на основе квантовых точек в кремнии.
Между тем с точки зрения масштабируемости квантовых вычислительных устройств спиновые кубиты в полупроводниках гораздо перспективнее. При этом, однако, полупроводниковый материал нужно подбирать так, чтобы он содержал как можно меньше ядерных спинов, взаимодействие с которыми ведет к декогерентизации спинов электронных.
В работе [1] (Австралия, Япония) сообщается об успешной реализации двухкубитных операций со спиновыми кубитами в кремнии, максимально очищенном от изотопов 29Si. Для этих целей использовались электронные импульсы, контролирующие обменное взаимодействие между кубитами.
1. M.Veldhorst et al., Nature 526, 410 (2015).
Скирмионы и магнитоэлектричество
Решетки магнитных скирмионов – одно из недавно обнаруженных состояний в гелимагнетиках, и с ними связывают надежды на создание сверхплотной магнитной памяти [1]. Особый интерес в связи с этим вызывает возможность управления скирмионной решеткой с помощью электрического поля. В недавней работе [2] (Германия, Швейцария) исследован магнитоэлектрический эффект в материале Cu2OSeO3, в котором наблюдается большое разнообразие магнитных фаз: коллинеарная, коническая, геликоидальная и, наконец, решетка скирмионов (рис. 1).
Рис. 1. Фазовая диаграмма Cu2OSeO3: SkX – решетка скирмионов [2].
Авторы [2] провели комплексные измерения магнитных, пироэлектрических, сегнетоэлектрических и диэлектрических характеристик Cu2OSeO3 в зависимости от температуры и магнитного поля, уделяя особое внимание скирмионной фазе. Как оказалось, электрическая поляризация в Cu2OSeO3 обязана своим происхождением исключительно магнитному упорядочению, причем практически во всех фазах эта электрическая поляризация намертво связана с определенным направлением, ее не удается переключить электрическим полем. Исключение составляет как раз скирмионная фаза, в которой электрическая поляризация хотя бы отчасти слушается электрического поля, что, вероятно, связано со сложным антисегнетоэлектрическим характером упорядочения в скирмионной решетке: скирмионы представляют вихреподобные структуры (солитоны), и магнитоиндуцированная поляризация в них неоднородна. Заметим, что в работе [4] рассчитано подобное распределение электрической поляризации, образованной вследствие флексомагнитоэлектрического эффекта и предсказана возможность стабилизации скирмиона электрическим полем.
1. A.Fert et al., Nature Nanotech. 8, 152 (2013).
2. E.Ruff et al., Sci. Rep.
5, 15025 (2015).3. ПерсТ 17, вып. 13/14 (2010); ПерсТ 19, вып. 9 (2012); ПерсТ 19, вып. 21 (2012).
4.
А.С.Сергеев, Электростатические свойства магнитных структур.
Семинар по физике конденсированного состояния, 11 ноября 2015 г.
(17.00, многофункциональный зал библиотеки физического факультета МГУ, 5 этаж)
Сергей Анатольевич Тарасенко (Физико-технический институт им. А.Ф. Иоффе РАН, Санкт-Петербург) - “Двумерные и трехмерные топологические изоляторы на основе структур HgTe/CdHgTe”
На поверхности кристалла или гетерогранице могут возникать локализованные состояния, обусловленные нарушением периодического потенциала. Особый класс диэлектрических трехмерных (и двумерных) кристаллов, имеющих устойчивые к возмущениям проводящие поверхностные (краевые) состояния получили название топологических изоляторов. В докладе дан краткий обзор современного состояния физики топологических изоляторов, представлены результаты наших исследований электронной структуры и фотогальванических эффектов в двумерных и трехмерных топологических изоляторах на основе гетероструктур HgTe/CdHgTe. Обсуждаются эффекты, обусловленные отсутствием центра пространственной инверсии в гетероструктурах, в том числе связанные со смешиванием легких и тяжелых дырок на интерфейсах.
Пропуск на физический факультет слушателей семинара будет осуществляться по предъявлению паспорта.
Предварительная запись на семинар на сайте http://nano.msu.ru/education/seminars (до 15:00 дня семинара).
Для расширения возможностей участия в семинаре предполагается обеспечить прямую он-лайн трансляцию заседаний через сайт http://nano.msu.ru/video.php
Видеозапись семинара впоследствии будет доступна на сайтах http://cm.phys.msu.ru/?q=seminar или http://nano.msu.ru/research/seminars/condensed/seminars
Дополнительная информация:
тел. +7(495)939-11-51
E-mail: khokhlov@mig.phys.msu.ru
XXXVI
Международная зимняя школа физиков-теоретиков “Коуровка”,
21 - 27 февраля 2016 г., Верхняя Сысерть, Россия
Зимняя школа физиков-теоретиков “Коуровка” регулярно проводится на Урале с 1961 г. Она была организована по инициативе и при непосредственном участии академика С.В. Вонсовского. В 2016 г. она будет проводиться в тридцать шестой раз.
Научная программа традиционна: квантовая теория сверхпроводимости и магнетизма; сильно коррелированные и неупорядоченные системы; фазовые переходы и низкоразмерные системы.
Важные даты:
Последний срок подачи заявок – 1 декабря 2015 г.
Приём тезисов докладов – до 23 декабря 2015 г.
E-mail: kourovka@imp.uran.ru (Кудряшова Ольга Валерьевна, учёный секретарь оргкомитета)
Сайт: http://conf.uran.ru/Default.aspx?cid=kourovka
Тематика:
1. Сверхпроводящие наносистемы;
2. Магнитные наноструктуры;
3. Полупроводниковые наноструктуры: электронные, оптические свойства, методы формирования;
4. Зондовая микроскопия: измерения и технологии атомарного и нанометрового масштаба;
5. Многослойная и кристаллическая рентгеновская оптика.
Основной язык Симпозиума - русский, возможно представление докладов на английском языке. В связи с участием в Симпозиуме зарубежных ученых рекомендуется докладчикам приводить иллюстрации на английском языке.
Регистрация, представление тезисов докладов - 5 ноября 2015 г.
Е-mail: symp@nanosymp.ru
Сайт: nanosymp.ru
XV International Conference on
Intergranular and Interphase Boundaries in Materials (iib-2016),
23 - 27 May, 2016, National University of Science and Technology “MISiS”,
Moscow, Russia
The iib Conferences, which are held every three years, represent a unique international forum bringing together the specialists working in different areas of Interface Science. Researchers that otherwise are mainly focused on their scientific domain have a unique opportunity to exchange their views and ideas with colleagues investigating the different aspects of interfacial behaviour; iib conferences strongly promote an interdisciplinary approach in interface science.
A variety of hot topics will be covered such as:
- Characterization of interfaces: atomic and electronic structure
- Modeling of interfaces: analytical and phenomenological approaches, numerical simulations, ab-initio modelling
- Thermodynamics and kinetics of interfaces: phase transformations, segregation, transport phenomena, migration and gliding, growth - recrystallization
- Mechanical properties and interfaces
- Interfaces in advanced and emerging materials: properties and applications
- Electronic, magnetic and photonic materials, energy materials, nanomaterials and low-dimensional systems, metals, ceramics, composites, polymer and organic materials, biomaterials
Important dates:
Registration before - January 1, 2016
Abstract submission before - February 1, 2016
The temporary web-page of iib-2016 you can find under http://misis.ru/about-university/struktura-universiteta/instituty/inmin/organizacionnaj-struktura/kafedra-fizicheskoy-himii/iib-2016
_________________________________
Внимание!
С апреля 2006 г. ПерсТ выпускается только в электронном формате и представлен по адресу
http://www.issp.ac.ru/journal/perst
.
Желающие получать выпуски ПерсТа по своему электронному адресу могут сообщить его в адрес редакции
www.issp.ac.ru/journal/perst.
Главный редактор
И.Чугуева irina@issp.ras.ru тел: (499) 995 16 21Научные редакторы: К.Кугель
kugel@orc.ru, Ю.МетлинВ подготовке выпуска принимали участие: О.Алексеева, М.Маслов, Л.Опенов, А.Пятаков
Выпускающий редактор: И.Фурлетова
