Международная группа ученых из Франции и Германии обнаружила новые свойства ферромагнетизма и сверхпроводимости, возникающие в тонкопленочных системах из оксидов переходных металлов. Отчет об исследовании опубликован в журнале Nature Physics.

Ученые исследовали системы, образованные тонкими слоями оксидов переходных металлов. Обычно эти материалы не обладают магнитными свойствами или свойствами проводников: например, алюминат лантана (соединения оксида лантана и алюминия, LaAlO3) и титанат стронция (SrTiO3) не обладают ни магнитными свойствами, ни проводимостью, но при образовании «сэндвича» из тонких пленок, изготовленных из этих материалов, они демонстрируют и ферромагнетизм и сверхпроводимость.

Чтобы пролить свет на природу этого явления, ученые изготовили ряд образцов, которые представляли собой «сэндвич» из пленок размером 2 нанометра титаната гадолиния (GdTiO3) и никелата R (RNiO3), где «R» обозначает редкоземельный металл. Были изготовлены образцы с различными редкоземельными металлами: лантаном, неодимом и самарием. В созданной конструкции в слое титаната электроны в химических связях локализованы вокруг ионов, а в слое никеталатов электроны распределены между никелем и кислородосодержащими ионами и обладают высокой ковалентностью. В результате часть зарядов из слоя титаната переносится в слой никелата.

Ученые провели ряд экспериментов на синхротроне 3-го поколения BESSY II и обнаружили, что перенос заряда зависит того, какой редкоземельный элемент используется в слое никелата. Подбор редкоземельного элемента фактически является ключом к изменению ковалентности, поскольку меняя редкоземельную составляющую, можно контролировать перенос заряда из одного слоя в другой.

Как полагают ученые, это открытие поможет создавать материалы с новыми свойствами, не существующими в исходных материалах, и, возможно, получить новые формы со сверхпроводимостью.