Статья
Анализ магнитного момента сильно сжатого монокристалла La2SmNi2O7, охлажденного в нулевом поле
А. В. Королев
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева, Уральское отделение, Российская академия наук, ул. Софьи Ковалевской, 18, 620108, Екатреринбург, Россия
Е. Ф. Таланцев
Институт физики металлов имени М.Н. Михеева, Уральское отделение, Российская академия наук, ул. Софьи Ковалевской, 18, 620108, Екатреринбург, Россия
e-mail: evgeny.talantsev@imp.uran.ru
УДК 538.945
Аннотация
Наблюдение диамагнитного состояния в постоянном магнитном поле в сильно сжатых никелатных сверхпроводниках долгое время оставалось сложной экспериментальной задачей. Лишь недавно несколько исследовательских групп сообщили о первых результатах по диамагнетизму монокристаллов никелата Руддлсдена-Поппера, охлажденных в нулевом поле (ZFC) и в поле (FC). Одна из исследовательских групп сообщила, что доля сверхпроводящей фазы в образцах La2SmNi2O7, измеренная в режиме ZFC, составляет 62.1%, тогда как доля сверхпроводящей фазы в режиме FC составляет 14.4%. Следует уточнить, что мы рассматриваем измерения постоянного диамагнитного состояния в La2SmNi2O7 как выдающиеся экспериментальные результаты, подтверждающие объемную сверхпроводимость в сжатых никелатах Руддлсдена-Поппера. Однако наш анализ экспериментальных данных, полученных в ходе эксперимента ZFC на образцах La2SmNi2O7 с использованием стандартной методологии, выявил значительное завышение содержания сверхпроводящей фазы в нескольких образцах никелата Руддлсдена-Поппера, подвергнутых давлению. Мы считаем, что привлечение внимания широкого физического сообщества к этой проблеме и обсуждение этой пролемы внутри сообщества фундаментальной и прикладной сверхпроводимости принесет пользу.
Ключевые слова: Сверхпроводимость в материалах в экстремальных условиях; никелатные сверхпроводники Раддлсдена-Поппера; эффект Мейсснера; диамагнитный момент сверхпроводников.
Литература
[1] W. Braunisch, N. Knauf, V. Kataev, S. Neuhausen, A. Grütz, A. Kock, B. Roden, D. Khomskii and D. Wohlleben. Paramagnetic Meissner Effectect in Bi High-Temperature Superconductors. Phys. Rev. Lett. 68, 1908 (1992).
[2] A. V. Terekhov. Wohlleben effect in YRh4B4. Low Temperature Physics 39, 640 (2013). DOI: 10.1063/1.4813705
[3] P. Kostić, B. Veal, A. P. Paulikas, U. Welp, V. R. Todt, C. Gu, U. Geiser, J. M. Williams, K.D. Carlson and R. A. Klemm. Paramagnetic Meissner effect in Nb. Phys. Rev. B 53, 791 (1996). DOI: 10.1103/PhysRevB.53.791
[4] S. Riedling, G. Bräuchle, R. Lucht, K. Röhberg, H. v. Löhneysen, H. Claus, A. Erb and G. Müller-Vogt. Observation of the Wohlleben effect in YBa2Cu3O7−δ single crystals. Phys. Rev. B 49, 13283 (1994). DOI: 10.1103/PhysRevB.49.13283
[5] A.V. Nikulov. The Meissner effect does not require radial charge flow. Physica C: Superconductivity and its Applications 645, 1354858 (2026). DOI: 10.1016/j.physc.2026.1354858
[6] P.C. Canfield, S.L. Bud’ko and D.K. Finnemore. An overview of the basic physical properties of MgB2. Physica C Supercond. 385, 1 (2003). DOI: 10.1016/S0921-4534(02)02328-6
[7] E.F. Talantsev, V.S. Minkov, V. Ksenofontov, S.L. Bud’ko and M.I. Eremets, Is MgB2 a Superconductor? Comment on “Evidence against Superconductivity in Flux Trapping Experiments on Hydrides under High Pressure”. Physics of Metals and Metallography 126, 489 (2025). DOI: 10.1134/S0031918X25600071
[8] S. L. Bud’ko, M. Xu and P. C. Canfield. On creep of trapped flux near in MgB2 and CaKFe4As4 Physica C: Superconductivity and its Applications 620, 1354487 (2024). DOI: 10.1016/j.physc.2024.1354487
[9] C. Buzea and T. Yamashita. Review of the superconducting properties of MgB2. Supercond. Sci. Technol. 14, R115 (2001). DOI: 10.1088/0953-2048/14/11/201
[10] A. Junod. Optimization of the superconductor YBa2Cu3O7−δ: The effect of the edos, processing conditions, impurities and Fe doping on the specific heat, Meissner effect and susceptibility Physica C Supercond. 153–155, 1078 (1988). DOI: 10.1016/0921-4534(88)90203-1
[11] J.L. Tallon, R.G. Buckley, P.W. Gilberd, M.R. Presland, I.W.M. Brown, M.E. Bowden, L.A. Christian and R. Goguel. High-Tc superconducting phases in the series Bi2.1(Ca,Sr)n+lCunO2n+4+δ. Nature 333, 153 (1988). DOI: 10.1038/333153a0
[12] N. Zhou, Y. Sun, C.Y. Xi, Z.S. Wang, J.L. Zhang, Y. Zhang, Y.F. Zhang, C.Q. Xu, Y.Q. Pan, J.J. Feng, Y. Meng, X.L. Yi, L.Pi, T. Tamegai, X. Xing and Z. Shi. Disorder-robust high-field superconducting phase of FeSe single crystals. Phys. Rev. B 104, L140504 (2021). DOI: 10.1103/PhysRevB.104.L140504
[13] A.I. Shilov, A.S. Usoltsev and A.V. Sadakov. Features of the Multigap Superconductivity in Cobalt-Doped NaFeAs. Bulletin of the Lebedev Physics Institute 50, S1517 (2023). DOI: 10.3103/S1068335623601917
[14] D. Adroja, A. Bhattacharyya, P.K. Biswas, M. Smidman, A.D. Hillier, H. Mao, H. Luo, G.-H. Cao, Z. Wang and C. Wang. Multigap superconductivity in ThAsFeN investigated using μSR measurements. Phys. Rev. B 96, 144502 (2017). DOI: 10.1103/PhysRevB.96.144502
[15] M. I. Eremets, V. S. Minkov, A. P. Drozdov and P. P. Kong. The characterization of superconductivity under high pressure. Nat. Mater. 23, 26 (2024). DOI: 10.1038/s41563-023-01769-w
[16] V. S. Minkov, V. Ksenofontov, S. L. Bud’ko, E. F. Talantsev and M. I. Eremets. Magnetic flux trapping in hydrogen-rich high-temperature superconductors. Nat. Phys. 19, 1293 (2023). DOI: 10.1038/s41567-023-02089-1
[17] V.S. Minkov, S.L. Bud’ko, F.F. Balakirev, V.B. Prakapenka, S. Chariton, R.J. Husband, H.P. Liermann and M.I. Eremets. Magnetic field screening in hydrogen-rich high-temperature superconductors. Nat. Commun. 13, 3194 (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-30782-x
[18] A. P. Drozdov, M. I. Eremets, I. A. Troyan, V. Ksenofontov and S. I. Shylin. Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system Nature 525, 73 (2015). DOI: 10.1038/nature14964
[19] H. Sun, M. Huo, X. Hu, J. Li, Z. Liu, Y. Han, L. Tang, Z. Mao, P. Yang, B. Wang, J. Cheng, D.-X. Yao, G.-M. Zhang and M. Wang. Signatures of superconductivity near 80 K in a nickelate under high pressure. Nature 621, 493 (2023). DOI: 10.1038/s41586-023-06408-7
[20] N. Wang, G. Wang, X. Shen, J. Hou, J. Luo, X. Ma, H. Yang, L. Shi, J. Dou, J. Feng, J. Yang, Y. Shi, Z. Ren, H. Ma, P. Yang, Z. Liu, Y. Liu, H. Zhang, X. Dong, Y. Wang, K. Jiang, J. Hu, S. Nagasaki, K. Kitagawa, S. Calder, J. Yan, J. Sun, B. Wang, R. Zhou, Y. Uwatoko and J. Cheng. Bulk hightemperature superconductivity in pressurized tetragonal La2PrNi2O7. Nature 634, 579 (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07996-8
[21] Y. Zhu, D. Peng, E. Zhang, B. Pan, X. Chen, L. Chen, H. Ren, F. Liu, Y. Hao, N. Li, Z. Xing, F. Lan, J. Han, J. Wang, D. Jia, H. Wo, Y. Gu, Y. Gu, L. Ji, W. Wang, H. Gou, Y. Shen, T. Ying, X. Chen, W. Yang, H. Cao, C. Zheng, Q. Zeng, J. Guo and J. Zhao. Superconductivity in pressurized trilayer La4Ni3O10−δ single crystals. Nature 631, 531 (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07553-3
[22] F. Li, Z. Xing, D. Peng, J. Dou, N. Guo, L. Ma, Y. Zhang, L. Wang, J. Luo, J. Yang, J. Zhang, T. Chang, Y.-S. Chen, W. Cai, J. Cheng, Y.Wang, Y. Liu, T. Luo, N. Hirao, T. Matsuoka, H. Kadobayashi, Z. Zeng, Q. Zheng, R. Zhou, Q. Zeng, X. Tao and J. Zhang. Bulk superconductivity up to 96 K in pressurized nickelate single crystals. Nature 649, 871 (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-09954-4
[23] E. Zhang, D. Peng, Y. Zhu, L. Chen, B. Cui, X. Wang, W. Wang, Q. Zeng and J. Zhao. Bulk Superconductivity in Pressurized Trilayer Nickelate Pr4Ni3O10 Single Crystals. Phys. Rev. X 15, 021008 (2025). DOI: 10.1103/PhysRevX.15.021008
[24] C. Pei, M. Zhang, D. Peng, Y. Shen, S. Huangfu, S. Zhu, Q. Wang, J. Wu, J. Wang, Z. Xing, L. Zhang, H. Kadobayashi, S. I. Kawaguchi, Y. Chen, J. Zhao, W. Yang, H. Suo, H. Guo, Q. Zeng, G.-M. Zhang and Y. Qi. Unveiling pressurized bulk superconductivity in a trilayer nickelate Pr4Ni3O10
single crystal. Sci. China Phys. Mech. Astron. 69, 237011 (2026). DOI: 10.1007/s11433-025-2852-4
[25] C. Tarantini, E.F. Talantsev, I. Pallecchi, J. Hänisch, J.L. Tallon and D.C. Larbalestier. Best practices for a proper evaluation and conversion of physical property equations in superconductors: the examples of WHH formulation, Bean model and other cases of interest. Supercond. Sci. Technol. 39, 021001 (2026). DOI: 10.1088/1361-6668/ae417f
[26] A. Hatcher, Algebraic Topology: Cambridge University Press, 2002.
[27] E. F. Talantsev and J. L. Tallon. Universal self-field critical current for thin-film superconductors. Nat. Commun. 6, 7820 (2015). DOI: 10.1038/ncomms8820
[28] C.P. Poole, H. Farach, R. Creswick and R. Prozorov, Superconductivity. 2nd ed. London: Academic Press, 2007.
[29] E. F. Talantsev. Penetration depth, Ginzburg-Landau parameter, and thermodynamic critical field in kagome metal YRu3Si2 Comment on “Superconductivity in kagome metal YRu3Si2 with strong electron correlations” [Chunsheng Gong et al. 2022 Chinese Phys. Lett. 39 087401;10.1088/0256-307X/39/8/087401]. Chinese Physics Letters (2026). DOI:10.1088/0256-307X/43/6/060706
[30] E. F. Talantsev. Critical de Broglie wavelength in superconductors. Modern Physics Letters B 32,
1850114 (2018). DOI: 10.1142/S0217984918501142
[31] B.B. Goodman and E. Mendoza, LXII. The critical magnetic fields of aluminium, cadmium, gallium and zinc. The London, Edinburgh, and Dublin Philosophical Magazine and Journal of Science 42, 594 (1951). DOI: 10.1080/14786445108561274
[32] T.E. Faber and A.B. Pippard. The penetration depth and high-frequency resistance of superconducting aluminium. Proc. R. Soc. Lond. A Math. Phys. Sci. 231, 336 (1955).
[33] A.P. Drozdov, P.P. Kong, V.S. Minkov, S.P. Besedin, M.A. Kuzovnikov, S. Mozaffari, L. Balicas, F.F. Balakirev, D.E. Graf, V.B. Prakapenka, E. Greenberg, D.A. Knyazev, M. Tkacz and M.I. Eremets. Superconductivity at 250 K in lanthanum hydride under high pressures. Nature 569, 528 (2019). DOI: 10.1038/s41586-019-1201-8
[34] R. Prozorov and V.G. Kogan. Effective Demagnetizing Factors of Diamagnetic Samples of Various Shapes. Phys. Rev. Appl. 10, 014030 (2018). DOI: 10.1103/PhysRevApplied.10.014030
[35] A. Aharoni. Demagnetizing factors for rectangular ferromagnetic prisms. J. Appl. Phys. 83, 3432 (1998).
[36] D.-X. Chen, E. Pardo and A. Sanchez. Fluxmetric and magnetometric demagnetizing factors for cylinders. J. Magn. Magn. Mater. 306, 135 (2006). DOI: 10.1016/j.jmmm.2006.02.235
[37] E. Pardo, D.-X. Chen and A. Sanchez. Demagnetizing factors for completely shielded rectangular prisms. J. Appl. Phys. 96, 5365 (2004). DOI: 10.1063/1.1787134
[38] E. H. Brandt. Irreversible magnetization of pin-free type-II superconductors. Phys. Rev. B 60, 11939 (1999). DOI: 10.1103/PhysRevB.60.11939
[39] E.H. Brandt. Superconductors in realistic geometries: geometric edge barrier versus pinning. Physica C Supercond. 332, 99 (2000). DOI: 10.1016/S0921-4534(99)00651-6
[40] D.J. Thompson, M.S.M. Minhaj, L.E. Wenger and J.T. Chen. Observation of Paramagnetic Meissner Effect in Niobium Disks. Phys. Rev. Lett. 75, 529 (1995). DOI: 10.1103/PhysRevLett.75.529
[41] H. Sözeri, L. Dorosinskii, U. Topal and İ. Ercan. Paramagnetic Meissner effect in MgB2. Physica C Supercond. 408–410, 109 (2004). DOI: 10.1016/j.physc.2004.02.167
[42] A. V. Korolev and E. F. Talantsev. Threefold error in the reported zero-field cooled magnetic moment of single crystal La2SmNi2O7. arXiv:2602.23240. DOI: 10.48550/arXiv.2602.23240.
[43] A.V. Korolev and E.F. Talantsev. Nearly twofold overestimation of the superconducting volume fraction in pressurized Ruddlesden-Popper nickelates. arXiv:2602.19282. DOI: 10.48550/arXiv.2602.19282
[44] A.V. Korolev and E.F. Talantsev. On the estimating the superconducting volume fraction from the internal magnetic susceptibility. arXiv:2603.08302. DOI: 10.48550/arXiv.2603.08302
[45] Y.-B. Liu, J.-W. Mei, F. Ye, W.-Q. Chen and F. Yang. s±-Wave Pairing and the Destructive Role of Apical-Oxygen Deficiencies in La3Ni2O7 under Pressure. Phys. Rev. Lett. 131, 236002 (2023). DOI: 10.1103/PhysRevLett.131.236002
[46] Y. Zhu, D. Peng, E. Zhang, B. Pan, X. Chen, Z. Xing, C. Pei, F. Li, Y. Qi, J. Zhang, Q. Zeng, J. Guo and J. Zhao. On estimating superconducting shielding volume fraction from susceptibility in pressurized Ruddlesden-Popper nickelates. arXiv:2603.01062. DOI: 10.48550/arXiv.2603.01062
[47] F. Li, Z. Xing, D. Peng, J. Dou, N. Guo, L. Ma, Y. Zhang, L. Wang, J. Luo, J. Yang, J. Zhang, T. Chang, Y.-S. Chen, W. Cai, J. Cheng, Y. Wang, Y. Liu, T. Luo, N. Hirao, T. Matsuoka, H. Kadobayashi, Z. Zeng, Q. Zheng, R. Zhou, Q. Zeng, X. Tao and J. Zhang. Reply to “Threefold error in the reported zero-field cooled magnetic moment of single crystal”. arXiv:2602.23842. DOI: 10.48550/arXiv.2602.23842
[48] Y. Zhang, D. Su, Y. Huang, Z. Shan, H. Sun, M. Huo, K. Ye, J. Zhang, Z. Yang, Y. Xu, Y. Su, R. Li, M. Smidman, M. Wang, L. Jiao and H. Yuan, Nat. Phys. 20, 1269 (2024).
[49] L. Liu, J. Guo, D. Hu, G. Yan, Y. Chen, L. Yu, M. Wang, X.-D. Liu and X. Huang. Evidence for the Meissner effect in the nickelate superconductor La3Ni2O7–δ single crystal using diamond quantum sensors. Phys. Rev. Lett. 135, 096001 (2025). DOI: 10.1103/yvj7-htb4
[50] P. Bhattacharyya, W. Chen, X. Huang, S. Chatterjee, B. Huang, B. Kobrin, Y. Lyu, T.J. Smart, M. Block, E. Wang, Z. Wang, W. Wu, S. Hsieh, H. Ma, S. Mandyam, B. Chen, E. Davis, Z.M. Geballe, C. Zu, V. Struzhkin, R. Jeanloz, J. E. Moore, T. Cui, G. Galli, B.I. Halperin, C.R. Laumann and N.Y. Yao. Imaging the Meissner effect in hydride superconductors using quantum sensors Nature 627, 73 (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07026-7
[51] F. Du, A.P. Drozdov, V.S. Minkov, F.F. Balakirev, P. Kong, G.A. Smith, J. Yan, B. Shen, P. Gegenwart and M.I. Eremets. Superconducting gap of H3S measured by tunnelling spectroscopy. Nature 641, 619 (2025). DOI: 10.1038/s41586-025-08895-2