В МФТИ выяснили как сверхпроводящие вихри провоцируют "торнадо" за границей

Фото: open-dubna.ru

Российские ученые совместно с французскими коллегами обнаружили, что характерные для сверхпроводников квантовые вихри сверхпроводяших токов — вихри Абрикосова — также возникают и в обычном несверхпроводящем металле, если последний находится в хорошем контакте со сверхпроводником. Наблюдение таких вихрей является прямым доказательством наведенной квантовой когерентности.

Ученым удалось впервые создать модель очень точно описывающую такие наведенные вихри.

Эти фундаментальные результаты, опубликованные в журнале Nature communications, позволяют лучше понимать и описывать процессы, протекающие на границе раздела двух фаз твердого тела — сверхпроводящей и нормальной — а это важно для создания элементов будущих квантовых технологий.

Сверхпроводники, в которых при охлаждении полностью исчезает электрическое сопротивление, сегодня активно используются при создании особо мощных электромагнитов для томографов и ускорителей, в опытных ЛЭП и поездах на магнитном подвесе, а также в качестве сверхчувствительных датчиков — но это лишь часть применений, объясняющих важность всеобъемлющего понимания физики сверхпроводимости. Макроскопичность квантовых свойств сверхпроводников позволяет создавать так называемые искусственные атомы или кубиты — основу будущих квантовых вычислительных систем. Развитие такой квантовой электроники невозможно без создания точного математического аппарата, способного рассчитывать протекающие   микроскопические процессы как в самом сверхпроводнике, так и в системах, где сверхпроводник контактирует с другими материалами, поэтому систему "сверхпроводник/нормальный металл" активно изучают как прообраз многих иных, более сложных, систем.

Хорошо известно, что контакт нормального металла со сверхпроводником сильно меняет свойства обоих материалов в сравнительно толстом по меркам микромира слое — на глубине до нескольких сотен нанометров. Металл обретает "сверхпроводящие" свойства, например, способность пропускать ток без сопротивления. "Но могут ли в таком металле существовать квантовые вихри, как в сверхпроводниках? Как ведёт себя такой электронный вихрь? Что влияет на его характеристики?" — на эти вопросы, перечисленные в новой статье, и искали ответ исследователи.

Василий Столяров, заместитель руководителя лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ, комментирует: "Для того, чтобы решить сложную экспериментальную задачу, её вначале нужно максимально упростить, т.е. найти простую модель, опираясь на которую можно будет описать более сложное поведение. Основным результатом нашего исследования является то, что мы с высокой точностью показали, как ведет себя вихрь токов, индуцированных в слое нормального металла.

Для этого мы нашли способ, как правильно приготовить образец, да так, чтобы мы смогли его ещё и смоделировать. Оказалось, что наша теоретическая модель, основанная на уравнении Узаделя, с большой точностью самосогласованно описывает процессы, протекающие на границе сверхпроводник/нормальный металл, и учитывает влияние циркулирующих экранирующих токов, а значит, её можно смело использовать на практике. Кроме того исследования помогли глубже понять физический смысл некоторых параметров уравнения Узаделя".

Используя сканирующий туннельный микроскоп, работающий при сверхнизких температурах, ученые получили спектральные нанокарты распределения "нормальных" и "сверхпроводящих" электронов на поверхности пленки металла, которая предварительно была нанесена на сверхпроводник.  Эти карты и доказали наличие в металле наведённых квантовых вихрей, похожих на вихри Абрикосова в сверхпроводниках.

 

Рисунок. 3D схема СТМ эксперимента (H-направление внешнего магнитного поля, ϕ - фаза сверхпроводящей волновой функции, ? - исследуемая область). Изображение: Елена Хавина (пресс-служба МФТИ) по материалам авторов статьи

"Эксперименты стали возможны благодаря прогрессу в области сканирующей туннельной микроскопии, — пояснил Василий Столяров. — «Это позволило уверенно работать при сверхнизких температурах и в условиях сверхвысокого вакуума (10-11 мбар).  Такие условия сохраняют поверхность атомно-чистой достаточно долгое время, а также позволяют работать при температурах ниже критической температуры сверхпроводящего перехода исследуемых объектов. Такой микроскоп есть и в МФТИ, в нашей лаборатории".

Результаты эксперимента согласуются с компьютерным моделированием, которое также продемонстрировало появление вихрей в металле аккурат над теми местами, где сформировался вихрь в сверхпроводнике. Кроме того, исследователи проследили за поведением таких вихрей при изменении температуры, толщины пленки нормального металла и для разных значений внешнего магнитного поля, что позволило получить более детальное представление об этом явлении.

Работа сотрудников лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ выполнялась с привлечением ресурсов различных организаций: Института физики твёрдого тела РАН, Института ядерной физики им. А. В. Скобельцына, МИСиС, МГУ, Казанского федерального университета, Института нанотехнологий (Нидерланды), Парижского института нанонаук Университета Сорбонны (Франция), Высшей школы индустриальной физики и химии Парижа Университета PSL (Франция).

Работа выполнена при поддержке Национального агентства по исследованию ANR Франции, Министерства образования и науки РФ, а также РНФ и РФФИ.

Автор: Татьяна Небольсина

Последние новости Подмосковья по теме:
В МФТИ выяснили как сверхпроводящие вихри провоцируют "торнадо" за границей

- Дубна
Российские ученые совместно с французскими коллегами обнаружили, что характерные для сверхпроводников квантовые вихри сверхпроводяших токов — вихри Абрикосова — также возникают и в обычном несверхпроводящем металле,
11:10 16.06.2018 OpenDubna.Ru
- Долгопрудный
Рисунок 1. Квантовый вихрь на границе сверхпроводник (Nb) — нормальный металл (Cu).
12:23 15.06.2018 МФТИ
Рисунок 1. Квантовый вихрь на границе сверхпроводник (Nb) — нормальный металл (Cu). Изображение: Елена Хавина (пресс-служба МФТИ) - OpenDubna.Ru
В МФТИ выяснили как сверхпроводящие вихри провоцируют "торнадо" за границей - Дубна
Российские ученые совместно с французскими коллегами обнаружили, что характерные для сверхпроводников квантовые вихри сверхпроводяших токов — вихри Абрикосова — также возникают и в обычном несверхпроводящем металле,
04:10 15.06.2018 OpenDubna.Ru
- Долгопрудный
Российские ученые совместно с французскими коллегами обнаружили, что характерные для сверхпроводников квантовые вихри сверхпроводяших токов — вихри Абрикосова — также возникают и в обычном несверхпроводящем металле,
16:20 14.06.2018 Долгие Пруды
 
По теме
"Что? Где? Когда?" продолжается - Администрация г. Воскресенск В ДК «Цементник» прошел второй тур Открытого городского чемпионата по спортивной версии игры «Что?
16.10.2018
Пущинские школьники подключились к акции «Неделя без турникетов» - Пущинская среда 15 октября пущинская школа №3 присоединилась к Всероссийской акции «Неделя без турникетов», которая проводится для школьников и студентов страны при поддержке Союза машиностроителей России, и продлится до 21 октября.
16.10.2018
Фильм чеховского журналиста получил диплом международного кинофестиваля - Чехов сегодня Фильм чеховского журналиста Владимира Карпова "Война и Вера Владимира Неджеры: воспоминания ветерана - участника ВОВ" получил Золотой диплом международного кинофестиваля «Золотой Витязь».
16.10.2018
 
 
Иллюстрация. “Кристаллическая структура соединений урана”. Дизайнер @Lion_on_helium, пресс-служба МФТИ - OpenDubna.Ru Ученые из России, Китая и США предсказали и экспериментально обнаружили новые гидриды урана, а также предсказали для некоторых из них сверхпроводимость.
16.10.2018
Отряд «Юных друзей полиции» МОУ гимназии №7 под руководством классного руководителя Антиповой О. А., представили свой творческий отчет для старшеклассников гимназии - Администрация г. Лыткарино Учащиеся 9 классов МОУ гимназии №7, являясь членами отряда «Юные друзья полиции» под руководством классного руководителя Антиповой О. А., представили свой творческий отчет перед учащимися 9-11 классов гимназии,
15.10.2018
Фильм чеховского журналиста получил диплом международного кинофестиваля - Чехов сегодня Фильм чеховского журналиста Владимира Карпова "Война и Вера Владимира Неджеры: воспоминания ветерана - участника ВОВ" получил Золотой диплом международного кинофестиваля «Золотой Витязь».
16.10.2018 Чехов сегодня
ГБПОУ МО «Яхромский колледж» активно включился в реализацию проекта Министерства образования Московской области «Путёвка в жизнь школьникам Подмосковья – получение профессии вместе с аттестатом».
15.10.2018 Дмитровский вестник
Масштабная просветительская акция «Большой этнографический диктант» пройдёт в каждом субъекте Российской Федерации накануне Дня народного единства, 2 ноября.
15.10.2018 Газета Ключ
Учеников первого в Коломне кадетского класса я застала на уроке истории. Он проходил не традиционно за партами, а в школьном краеведческом музее.
14.10.2018 Коломенская правда
Установлено, что местный житель незаконно через тайник-закладку приобрел наркотическое средство (смесь) в крупном размере, в количестве 2,65 г., которое стал незаконно хранить при себе без цели сбыта.
15.10.2018 Администрация г. Лыткарино
Машину депутата горсовета и журналиста интернет-портала Kopeika.org Андрея Мардасова подожгли неизвестные.
15.10.2018 Газета Вперёд
Дороги были зоной повышенной опасности не только де-юре на прошлой неделе.
15.10.2018 Газета Вперёд
В соответствии со статьей 232 Уголовного кодекса Российской Федерации (УК РФ) установлена ответственность за организацию либо содержание притонов или систематическое предоставление помещений для потребления наркотических
15.10.2018 Серп и Молот
В досуговом центре «Северный» отметили 60-летие основания дома культуры. В субботу на площади перед домом культуры играл военный духовой оркестр Первой армии ПВО – ПРО.
14.10.2018 Газета Факт
Трудовая победа воскресенцев - Куйбышевец Лучшая оборона лиги остановила лучшую атаку.  Со стартового вбрасывания и до середины матча воскресенцы сумели свести к нулю свои ошибки в обороне.
16.10.2018 Куйбышевец
Битва за серебряные награды выходит на финишную прямую. В предпоследнем туре чемпионата Московской области в Домодедово состоялось принципиальное соперничество.
15.10.2018 Куйбышевец
Встреча легенды российского хоккея — чемпиона мира 2008 и 2009 годов Виталия Прошкина с юными хоккеистами городского округа Ликино-Дулево состоялась на ледовой арене имени Петрусевой в Павловском Посаде,
15.10.2018 Орехово-Зуевская правда
Росгвардеец Алексей Полтанов с результатом 1770 баллов победил в личном зачете матчевой встречи по служебному биатлону между спецназовцами Росгвардии и спортсменами Федерации современного пятиборья России.
14.10.2018 Газета Факт
На «Доброделе» продолжается открытое голосование по ремонту дорог на 2019 год - Газета Время Народный опрос стартовал на портале 12 сентября. За это время участие в голосовании приняли свыше 26,5 тысячи человек, которые оставили более трех тысяч комментариев и более восьми тысяч «лайков».
15.10.2018 Газета Время
Партпроект «Единой России» проверит прозрачность информации о госзакупках регионов по благоустройству дворов - Долгие Пруды Партпроект «Единой России» «Городская среда» запускает мониторинг прозрачности информации госзакупок во всех регионах РФ по благоустройству дворов и общественных пространств.
16.10.2018 Долгие Пруды
Информация о совершении пяти краж поступила в дежурную часть ОМВД России по городскому округу Луховицы за период с 8 по 14 октября, сообщили Луховицкому информагентству в пресс-службе отдела.
15.10.2018 Луховицкие вести