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
Сотрудники полиции и Совет ветеранов провели для ребят экскурсию в музее милиции - Павлово-Посадские известия Сотрудники МО МВД России «Павлово-Посадский» совместно с заместителем председателя Совета ветеранов Александром Луньковым провели экскурсию для ребят, победивших в конкурсе детского рисунка «Моя полиция меня бережёт»,
16.08.2018
 
Гордостью отечественного образования признан подмосковный детский сад «Росинка» на всероссийском конкурсе - Пущинская среда «Образцовый детский сад» и «Гордость отечественного образования» – звания, что присвоили «Росинке» на Всероссийском смотре-конкурсе образовательных организаций.
16.08.2018
 
Импульс в развитии сотрудничества - Газета Встреча Объединенный институт ядерных исследований посетила делегация из Китайской национальной ядерной корпорации (CNNC) и Китайского института атомной энергии (CIAE).
16.08.2018 Газета Встреча
Август – месяц, когда родители начинают собирать детей в школу. Многих родителей беспокоит один и тот же вопрос: имеет ли право администрация школы навязывать производителя/поставщика одежды?
15.08.2018 Куйбышевец
Разбойник задержан - Газета Вперёд Полиция нашла преступника, напавшего с ножом на женщину. 9 августа 47-летняя хотьковчанка обратилась в полицию после прогулки по улице Седина.
16.08.2018 Газета Вперёд
Полицейские МУ МВД России «Пушкинское» задержали в Пушкино мужчину за неоднократное управление транспортным средством в состоянии алкогольного опьянения, сообщается на сайте областного главка МВД России.
16.08.2018 Газета Маяк
Более 42 тысяч растений высадят в Ногинске на фестивале «Цветы Подмосковья» - Орехово-Зуевская правда Фестиваль «Цветы Подмосковья» пройдет в Ногинске с 23 по 25 августа, сообщается на сайте mosreg.ru В Ногинске с 23 по 25 августа пройдет ежегодный Московский областной фестиваль «Цветы Подмосковья».
16.08.2018 Орехово-Зуевская правда
Министерство культуры Московской области определит лучшую организацию в туриндустрии

  - Министерство культуры МО «Министерство культуры Московской области объявляет о приеме документов на участие в конкурсе на определение лучших организаций туристской индустрии в Московской области в 2018 году,
14.08.2018 Министерство культуры МО
Министерство культуры Московской области начало принимать документы на участие в конкурсе на определение лучших организаций туристической индустрии в регионе в 2018 году, сообщает РИАМО.
16.08.2018 Газета Вперёд
Жуковский драматический театр для детей и взрослых "Стрела" откроет сезон 2018/2019 года 16 сентября спектаклем "Теремок", говорится в объявлении на официальной странице театра.
16.08.2018 Авиаград Жуковский
На кубке главы Тамбовской области - Куйбышевец 4 августа тренерский штаб «Химика» и 26 хоккеистов отправились в Тамбов, где местный клуб ХК «Тамбов», дебютант чемпионата ВХЛ нынешнего сезона, проводил турнир на Кубок главы администрации Тамбовской области.
16.08.2018 Куйбышевец
«АРТ-Столица» - такое амбициозное название выбрал для выступления творческий коллектив Красногорска (который в этом году является принимающей площадкой конкурса «Город А»).
15.08.2018 Новые рубежи
Подмосковные пенсионеры будут пользоваться общественным транспортом Москвы бесплатно - Павлово-Посадский район Депутаты Московской областной думы на заседании в четверг приняли закон «О предоставлении дополнительных мер социальной поддержки по бесплатному проезду на транспорте в городе Москве лицам, достигшим возраста 60 лет и старше,
16.08.2018 Павлово-Посадский район
Таблетки - Правительство Московской области Источник: ©, pixabay.com В Московской области будет создан единый оператор по хранению льготных и стационарных лекарственных препаратов, сообщает пресс-служба Министерства здравоохранения Подмосковья.
16.08.2018 Правительство Московской области
ПАО «Ногинсктрастинвест» информирует: В связи с инцидентом на тепловом трубопроводе диаметром 100 по адресу г. Электроугли ул.
16.08.2018 Администрация МО г. Электроугли
Как сообщил начальник ОНД по Зарайскому району, подполковник внутренней службы Дмитрий Шотин, за прошедшую неделю подразделения Зарайского пожарно-спасательного гарнизона выезжали по вызовам 12 раз:
16.08.2018 За новую жизнь