В МФТИ выяснили как сверхпроводящие вихри провоцируют «торнадо» за границей

Фото: indolgoprud.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.

Рисунок 1. Квантовый вихрь на границе сверхпроводник (Nb) — нормальный металл (Cu). Изображение: Елена Хавина (пресс-служба МФТИ) по материалам авторов статьи

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.

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
- 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
В МФТИ выяснили как сверхпроводящие вихри провоцируют «торнадо» за границей - Долгие Пруды
В МФТИ выяснили как сверхпроводящие вихри провоцируют «торнадо» за границей - 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
Выпускников 2018 года лишили «Выпускного бала» на Советской площади из-за ЧМ по футболу - Vidnoe24.Ru Ежегодно в Видном на Советской площади проходит городской «Выпускной бал», на котором в торжественной обстановке встречаются все выпускники города Видное и Ленинского района.
18.06.2018
Представитель провела правовые занятия в летних лагерях - Уполномоченный по правам человека 14 июня представитель Уполномоченного в городском округе Балашиха Татьяна Беляева совместно со студентами юридического факультета Московского государственного областного университета,
18.06.2018
 
Уполномоченный по правам человека провел клубный час "Вредные привычки" 18  июня  2018 года  представитель  Уполномоченного  по  правам  человека  в  Московской  области  в  Орехово-Зуевском  м/р  и  г/о  Орехово-Зуев
18.06.2018
 
Молодежь Коломны на «Амуре» - KolomnaOnline.Ru Молодые коломенцы принимают участие в Всероссийском молодежном образовательном форуме «Амур», который проходит на горнолыжном комплексе «Холдоми» в 5 км от поселка Солнечный Хабаровского края.
18.06.2018
В летних пришкольных лагерях изучают ПДД - Администрация г. Домодедово В летних школьных лагерях при образовательных учреждениях городского округа Домодедово большое внимание уделяется безопасности детей в период каникул.
18.06.2018 Администрация г. Домодедово
В Подмосковье стали известны первые двадцать выпускников школ, сдавшие Единый государственный экзамен на 100 баллов, сообщает пресс-служба первого заместителя председателя правительства Московской области Ольги Забраловой.
18.06.2018 Городские вести
Щёлковский городской суд признал виновным подростка, завладевшего ювелирными украшениями матери, которые он тайно похитил из квартиры, где проживает с ней, а также с отцом и младшей сестрой,
18.06.2018 Газета Время
Фестиваль по следам славянских традиций - Куйбышевец Дом культуры городского поселения Хорлово приглашает вас принять участие в IV-м открытом фестивале рок-музыки и народного творчества «Иван Купала», который состоится 29 июля.
19.06.2018 Куйбышевец
Патефон, самовар и немецкий мотоцикл - Красное знамя В Рузском округе появился еще один музей. Конечно, не все формальности еще соблюдены, но по количеству экспонатов и материалов он ничуть не уступает многим государственным хранилищам старины,
18.06.2018 Красное знамя
В гостях у Тютчева «Салтыковская радуга» - Газета Факт «Умом Россию не понять…», «Люблю грозу в начале мая…» – эти и другие строки литературного наследия русского поэта Федора Тютчева звучали 18 июня на поэтическом часе, организованном Центральной городской библиотекой им.
18.06.2018 Газета Факт
1.jpg - Myreutov.Ru 18 июня на стадионе школы №1 прошла уже ставшая традицией спартакиада «Встреча друзей», в которой приняли участие три реутовских лагеря дневного пребывания: «Бригантина» (на базе школы №10), «Чайка» (школа №2) и «Алые паруса»,
18.06.2018 Myreutov.Ru
      На заседании исполкома ЕГФ в шотландском Глазго сегодня были названы команды, которые примут участие в Лиге чемпионов 2018/19.
19.06.2018 ГК Чеховские медведи
Турнир с прицелом на будуще Около 100 человек стали участниками открытого районного турнира по стритболу, который принял спорткомплекс «Химик».
18.06.2018 Куйбышевец
Уютная квартира, на стенах медали и фото любимых учеников. Сразу понятно, что тут живет семья спортсменов.Отец и дочь успешно продолжают карьеру своегодеда-тренируют будущих чемпионов.
18.06.2018 Газета Родник
Совещание с запредами правительства 18 июня 2018 - Правительство Московской области Источник: Пресс-служба Губернатора Московской области, Антон Чернов Губернатор Подмосковья Андрей Воробьев на совещании с руководящим составом правительства Московской области в понедельник поручил продолжить работу п
18.06.2018 Правительство Московской области
Вадим Соков: 30 июня Госжилинспекция приглашает жителей Московской области на День открытых дверей в управляющих компаниях Подмосковья - Госжилинспекция Руководитель Госжилинспекции Московской области Вадим Соков объявил дату очередной, 14-й по счету, акции «День открытых дверей в управляющих компаниях».
18.06.2018 Госжилинспекция
Информация по отключениям горячей воды Сегодня, 18-ого июня будут отключены на планово-предупредительный ремонт следующие котельные: - п. Петровское, - п.Решетниково-1, - п.Решетниково-2,
18.06.2018 Клинский район