Випуски $\rightarrow$ Том 22, випуск 3 (2021)

Двокомпонентні сполуки молібдену — перспективні матеріали для нової фізики надпровідности та практичних застосувань

А. П. Шаповалов$^{1,2}$, М. О. Білоголовський$^{2,3}$, O. О. Болясова$^{1,4}$, О. A. Кордюк$^{1,2}$

$^1$Київський академічний університет, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^3$Донецький національний університет імені Василя Стуса, вул. 600-річчя, 21, 21021 Вінниця, Україна
$^4$Донецький фізико-технічний інститут ім. О. О. Галкіна НАН України, просп. Науки, 46, 03028 Київ, Україна

Отримано 26.06.2021; остаточна версія — 12.07.2021 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
У цій оглядовій статті підсумовано недавній проґрес у дослідженні низькотемпературних властивостей двокомпонентних стопів та інтерметалевих сполук на основі молібдену із зосередженням головним чином на надпровідникових характеристиках, що відображають нову фізику та можливі застосування. Наведено експериментальні дані, що підтверджують двозонну/двощілинну природу ряду надпровідних сполук. Стверджується, що двокомпонентні стопи Mo–Re із переважним внеском Ренію представляють ідеальну та рідкісну тестову систему, в якій сполуки з різними співвідношеннями Re/Mo можуть бути як центросиметричними, так і нецентросиметричними, що в останньому випадку приводить до можливого змішаного надпровідного спарювання. Продемонстровано, що дві MoC-фази, — α-MoC і γ-MoC, — є топологічно нетривіальними щодо їхніх об’ємних і поверхневих зонних структур, тоді як аморфні надпровідники MoSi і MoGe є одними з багатообіцяльних матеріалів для різних надпровідникових застосувань. Завершується огляд коротким обговоренням нових тенденцій у комп’ютерному моделюванні структури та властивостей двокомпонентних сполук з використанням як прикладу нещодавно відкритої стехіометричної сполуки MoBi2, а також перспектив застосування вже відомих і ще досліджуваних надпровідників на молібденовій основі.

Ключові слова: сполуки на основі молібдену, надпровідникові властивості, двозонні/двощілинні матеріали, топологічно нетривіальні фази, надпровідникові застосування.

Citation: A. P. Shapovalov, M. O. Belogolovskii, O. O. Boliasova, and O. A. Kordyuk, Binary Molybdenum Compounds: Promising Materials for Novel Physics of Superconductivity and Practical Applications, Progress in Physics of Metals, 22, No. 3: 352–381 (2021); doi: 10.15407/ufm.22.03.352

Цитована література   
  1. Applications of Molybdenum Metal and Its Alloys (London: IMOA: 2013); https://www.imoa.info/download_files/molybdenum/Applications_Mo_Metal.pdf
  2. A.I. Braginski, J. Supercond. Nov. Magn., 32: 23 (2019); https://doi.org/10.1007/s10948-018-4884-4
  3. L. Fàbrega, A.Camón, P. Strichovanec, and C. Pobes, IEEE Transactions on Applied Superconductivity, 29, No. 5: 2100405 (2019); https://doi.org/10.1109/TASC.2019.2903994
  4. A. Hirakawa, K. Makise, T. Kawaguti, and B. Shinozaki, J. Phys.: Cond. Mat., 20, No. 48: 485206 (2008); https://doi.org/10.1088/0953-8984/20/48/485206
  5. S. Sharma, E.P. Amaladass, N. Sharma, V. Harimohan, S. Amirthapandian, and A. Mani, Physica B, 514: 89 (2017); https://doi.org/10.1016/j.physb.2017.03.044
  6. T. Shang, D.J. Gawryluk, J.A.T. Verezhak, E. Pomjakushina, M. Shi, M. Medarde, J. Mesot, and T. Shiroka, Phys. Rev. Materials, 3, No. 2: 024801 (2019); https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.3.024801
  7. M. Okada, E. Rotenberg, S.D. Kevan, J. Schafer, B. Ujfalussy, G.M. Stocks, B. Genatempo, E. Bruno, and E.W. Plummer, New J. Phys., 15: 093010 (2013); https://doi.org/10.1088/1367-2630/15/9/093010
  8. I.M. Lifshitz, Sov. Phys. JETP, 11, No. 5: 1130 (1960); http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_011_05_1130.pdf
  9. I.M. Lifshitz, M.Ya. Azbel, and M.I. Kaganov, Electron Theory of Metals (New York: Consultant Bureau: 1973).
  10. Y.M. Blanter, M.I. Kaganov, A.V. Pantsulaya, and A.A. Varlamov, Phys. Rep., 245, No. 4: 159 (1994); https://doi.org/10.1016/0370-1573(94)90103-1
  11. N.B. Brandt, N.I. Ginzburg, T.A. Ignat’eva, B.G. Lazarev, L.S. Lazareva, and V.I. Makarov, J. Exp. Theor. Phys., 22, No. 1: 61 (1966); http://www.jetp.ac.ru/cgi-bin/dn/e_022_01_0061.pdf
  12. N.V. Skorodumova, S.I. Simak, I.A. Abrikosov, B. Johansson, and Yu.Kh. Vekilov, Phys. Rev. B, 57, No. 23: 14673 (1998); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.14673
  13. L.S. Sharath Chandra, S. Sundar, S. Banik, S.K. Ramjan, M.K. Chattopadhyay, S.N. Jha, and S.B. Roy, J. Appl. Phys., 127, No. 16: 163906 (2020); https://doi.org/10.1063/1.5143836
  14. D.L. Davidson and F.R. Brotzen, Acta Metall., 18, No. 5: 463 (1970); https://doi.org/10.1016/0001-6160(70)90132-X
  15. H.G. Smith, N. Wakabayashi, and M. Mostoller, Proceedings of Second Rochester Conference on Superconductivity in d- and f-band Metals (Ed. D.H. Douglass) (New York: Plenum Press: 1976), p. 223.
  16. T.A. Ignat’eva, Phys. Solid State, 49: 403 (2007); https://doi.org/10.1134/S106378340703002X
  17. T.A. Ignatyeva and A.N. Velikodny, Low Temp. Phys., 30: 388 (2004); https://doi.org/10.1063/1.1739133
  18. S. Sundar, L.S. Sharath Chandra, M.K. Chattopadhyay, S.K. Pandey, D. Venkateshwarlu, R. Rawat, V. Ganesan, and S.B. Roy, New J. Phys., 17: 053003 (2015); https://doi.org/10.1088/1367-2630/17/5/053003
  19. W.R. Cox, D.J. Hayes, and F.R. Brotzen, Phys. Rev. B, 7, No. 8: 3580 (1973); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.7.3580
  20. E.L. Wolf, Principles of Electron Tunneling Spectroscopy (New York: Oxford University Press: 2012); https://doi.org/10.1093/acprof:oso/9780199589494.001.0001
  21. S. Sundar, L.S. Sharath Chandra, M.K. Chattopadhyay, and S.B. Roy, J. Phys. Condens. Mater, 27, No. 4: 045701 (2015); https://doi.org/10.1088/0953-8984/27/4/045701
  22. S. Sundar, S. Banik, L.S. Sharath Chandra, M.K. Chattopadhyay, T. Ganguli, G.S. Lodha, S.K. Pandey, D.M. Phase, and S.B. Roy, J. Phys. Condens. Mater, 28, No. 31: 315502 (2016); https://doi.org/10.1088/0953-8984/28/31/315502
  23. D. Yudin, D. Hirschmeier, H. Hafermann, O. Eriksson, A.I. Lichtenstein, and M.I. Katsnelson, Phys. Rev. Lett., 112, No. 7: 070403 (2014). https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.112.070403
  24. G.E. Volovik, Phys.-Usp., 61, No. 1: 89 (2018); https://doi.org/10.3367/UFNe.2017.01.038218
  25. D. Li, B. Rosenstein, B.Ya. Shapiro, and I. Shapiro, Phys. Rev. B, 95, No. 9: 094513 (2017); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.094513
  26. M. Alidoust, K. Halterman, and A.A. Zyuzin, Phys. Rev. B, 95, No. 15: 155124 (2017); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.95.155124
  27. A.A. Varlamov, Y.M. Galperin, S.G. Sharapov, and Y. Yerin, Low Temp. Phys., 47: No. 8 (2021); https://arxiv.org/abs/2103.04642
  28. A.J. Leggett, Progr. Theor. Phys., 36, No. 5: 901 (1966); https://doi.org/10.1143/PTP.36.901
  29. Y. Tanaka, Supercond. Sci. Technol., 28, No. 3: 034002 (2015); https://doi.org/10.1088/0953-2048/28/3/034002
  30. D.F. Agterberg, P.M.R. Brydon, and C. Timm, Phys. Rev. Lett., 118, No. 12: 127001 (2017); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.118.127001
  31. H. Suhl, B.T. Matthias, and L.R. Walker, Phys. Rev. Lett., 3, No. 12: 552 (1959); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.3.552
  32. X.X. Xi, Rep. Prog. Phys., 71, No. 11: 116501 (2008); https://doi.org/10.1088/0034-4885/71/11/116501
  33. H. Hosono, A. Yamamoto, H. Hiramatsu, and Y. Ma, Mater. Today, 21, No. 3: 278 (2018); https://doi.org/10.1016/j.mattod.2017.09.006
  34. V.B. Zabolotnyy, D.S. Inosov, D.V. Evtushinsky, A. Koitzsch, A.A. Kordyuk, G.L. Sun, J.T. Park, D. Haug, V. Hinkov, A.V. Boris, C.T. Lin, M. Knupfer, A.N. Yaresko, B. Büchner, A. Varykhalov, R. Follath, and S.V. Borisenko, Nature, 457: 569 (2009); https://doi.org/10.1038/nature07714
  35. A.A. Kordyuk, Low Temp. Phys., 38: 888 (2012); https://doi.org/10.1063/1.4752092
  36. A.A. Kordyuk, Low Temp. Phys., 44: 477 (2018); https://doi.org/10.1063/1.5037550
  37. A. Bianconi, Natute Phys., 9: 536 (2013); https://doi.org/10.1038/nphys2738
  38. M. Zehetmayer, Supercond. Sci. Technol., 26, No. 4: 043001 (2013); https://doi.org/10.1088/0953-2048/26/4/043001
  39. G.R. Stewart and A.L. Giorgi, Solid State Commun., 28, No. 12: 969 (1978); https://doi.org/10.1016/0038-1098(78)90650-6
  40. M.S. Kim, J.A. Skinta, T.R. Lemberger, W.N. Kang, H.-J. Kim, E.-N. Choi, and S.-I. Lee, Phys. Rev. B, 66, No. 6: 064511 (2002); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.66.064511
  41. N. Agrait, A.L. Yeyati, and J.M. van Ruitenbeek, Phys. Rep., 377, Nos. 2–3: 81 (2003); https://doi.org/10.1016/S0370-1573(02)00633-6
  42. M. Aono and T. Hasegawa, Proc. IEEE, 98, No. 12: 2228 (2010); https://doi.org/10.1109/JPROC.2010.2061830
  43. G.E. Blonder, M. Tinkham, and T.M. Klapwijk, Phys. Rev. B, 25. No. 7: 4515 (1982); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.25.4515
  44. S. Volkov, M. Gregor, T. Plecenik, E. Zhitlukhina, M. Belogolovskii, and A. Plecenik, Appl. Nanosci., 22 February (2021); https://doi.org/10.1007/s13204-021-01734-6
  45. E. Zhitlukhina, I. Devyatov, O. Egorov, M. Belogolovskii, and P. Seidel, Nanoscale Res. Lett., 11: 58 (2016); https://doi.org/10.1186/s11671-016-1285-0
  46. D. Daghero and R.S. Gonnelli, Supercond. Sci. Technol., 23, No. 4: 043001 (2010); https://doi.org/10.1088/0953-2048/23/4/043001
  47. V. Tarenkov, A. Shapovalov, O. Boliasova, M. Belogolovskii, and A. Kordyuk, Low Temp. Phys., 47, No. 2: 101 (2021); https://doi.org/10.1063/10.0003168
  48. V. Tarenkov, A. Dyachenko, V. Krivoruchko, A. Shapovalov, and M. Belogolovskii, J. Supercond. Nov. Magn., 33: 569 (2020); https://doi.org/10.1007/s10948-019-05297-0
  49. J. Talvacchio, M.A. Janocko, and J. Greggi, J. Low Temp. Phys., 64: 395 (1986); https://doi.org/10.1007/BF00681709
  50. Ya.M. Blanter and M. Buttiker, Phys. Rep., 336, Nos. 1–2: 1 (2000); https://doi.org/10.1016/S0370-1573(99)00123-4
  51. D. Wu, B. Dolgin, G. Jung, V. Markovich, Y. Yuzhelevski, M. Belogolovskii, and Ya.M. Mukovskii, Appl. Phys. Lett., 90: 242110 (2007); https://doi.org/10.1063/1.2748083
  52. E.S. Zhytlukhina, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 42, No. 9: 1197 (2020) (in Ukrainian); https://doi.org/10.15407/mfint.42.09.1197
  53. T. Shang, C. Baines, L.-J. Chang, D.J. Gawryluk, E. Pomjakushina, M. Shi, M. Medarde, and T. Shiroka, npj Quantum Mater., 5: 76 (2020); https://doi.org/10.1038/s41535-020-00279-1
  54. A. Carrington and F. Manzano, Physica C, 385, Nos. 1–2: 205 (2003); https://doi.org/10.1016/S0921-4534(02)02319-5
  55. M.A. McGuire and D.S. Parker, Phys. Rev. B, 93, No. 6: 064507 (2016); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.93.064507
  56. T. Shang, W. Xie, D.J. Gawryluk, R. Khasanov, J.Z. Zhao, M. Medarde, M. Shi, H.Q. Yuan, E. Pomjakushina, and T. Shiroka, New J. Phys., 22: 093016 (2020); https://doi.org/10.1088/1367-2630/abac3b
  57. E.V. Clougherty, K.H. Lothrop, and J.A. Kafalas, Nature, 191: 1194 (1961); https://doi.org/10.1038/1911194a0
  58. R.H. Willens, E. Buehler, and B.T. Matthias, Phys. Rev., 159, No. 2: 327 (1967); https://doi.org/10.1103/PhysRev.159.327
  59. K. Kuo and G. Hägg, Nature, 170: 245 (1952); https://doi.org/10.1038/170245a0
  60. M. Trgala, M. Žemlička, P. Neilinger, M. Rehák, M. Leporis, Š. Gaži, J. Greguš, T. Pleceník, T. Roch, E. Dobročka, and M. Grajcar, Appl. Surf. Sci., 312: 216 (2014); https://doi.org/10.1016/j.apsusc.2014.05.200
  61. M. Žemlička, M. Kopčík, P. Szabó, T. Samuely, J. Kačmarčík, P. Neilinger, M. Grajcar, and P. Samuely, Phys. Rev. B, 102, No. 18: 180508(R) (2020); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.102.180508
  62. A. Huang, A.D. Smith, M. Schwinn, Q. Lu, T.-R. Chang, W. Xie, H.-T. Jeng, and G. Bian, Phys. Rev. Mater., 2, No. 5: 054205 (2018); https://doi.org/10.1103/PhysRevMaterials.2.054205
  63. G. Bergmann, Phys. Rep., 27, No. 4: 159 (1976); https://doi.org/10.1016/0370-1573(76)90040-5
  64. M.M. Collver and R.H. Hammond, Phys. Rev. Lett., 30, No. 3: 92 (1973); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.30.92
  65. P. Watson, B. Bandyopadhyay, Y. Bo, D. Rathnayaka, and D.G. Naugle, Mater. Sci. Eng., 99, Nos. 1–2: 175 (1988); https://doi.org/10.1016/0025-5416(88)90316-3
  66. A. Banerjee, L.J. Baker, A. Doye, M. Nord, R.M. Heath, K. Erotokritou, D. Bosworth, Z.H. Barber, I. MacLaren, and R.H. Hadfield, Supercond. Sci. Technol., 30, No. 8: 084010 (2017); https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa76d8
  67. V.B. Verma, A.E. Lita, M.R. Vissers, F. Marsili, D.P. Pappas, R.P. Mirin, and S.W. Nam, Appl. Phys. Lett., 105, No. 2: 022602 (2014); https://doi.org/10.1063/1.4890277
  68. A.E. Lita, V.B. Verma, R.D. Horansky, J.M. Shainline, R.P. Mirin, and S. Nam, MRS Online Proceedings Library, 1807: 1 (2015); https://doi.org/10.1557/opl.2015.544
  69. J. Lefebvre, M. Hilke, and Z. Altounian, Phys. Rev. B, 79, No. 18: 184525 (2009); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.184525
  70. M. Baggioli, C. Setty, and A. Zaccone, Phys. Rev. B, 101, No. 21: 214502 (2020); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.101.214502
  71. P.B. Allen, J.L. Feldman, J. Fabian, and F. Wooten, Phil. Mag. B, 79, Nos. 11–12: 1715 (1999); https://doi.org/10.1080/13642819908223054
  72. Y.M. Beltukov, C. Fusco, D.A. Parshin, and A. Tanguy, Phys. Rev. E, 93, No. 2: 023006 (2016); https://doi.org/10.1103/PhysRevE.93.023006
  73. W. Steurer and J. Dshemuchadse, Intermetallics: Structures, Properties, and Statistics (Oxford: Oxford University Press: 2016).
  74. A.B. Altman, A.D. Tamerius, N.Z. Koocher, Y. Meng, C.J. Pickard, J.P.S. Walsh, J.M. Rondinelli, S.D. Jacobsen, and D.E. Freedman, J. Am. Chem. Soc., 143, No. 1: 214 (2021); https://doi.org/10.1021/jacs.0c09419
  75. C.J. Pickard, I. Errea, and M.I. Eremets, Annu. Rev. Condens. Matter Phys., 11: 57 (2020); https://doi.org/10.1146/annurev-conmatphys-031218-013413
  76. R.G. Pearson, J. Am. Chem. Soc., 85, No. 22: 3533 (1963); https://doi.org/10.1021/ja00905a001

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,