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
Сотрудники Центра молодежного инновационного творчества «КилоВАТТ» совместно с Государственным университетом «Дубна» завершили обучающую программу для сотрудников и пользователей центров молодежного инновационного творчества.
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
 
Тематический приём граждан ко Дню знаний, по вопросам подготовки к новому учебному году  21 августа 2018 года  с 10.00 Должностное лицо Место проведения Захарова Марина Борисовна ,
16.08.2018
 
Приём граждан по вопросам подготовки к новому учебному году пройдёт 21 августа - Пущинская среда Согласно утверждённому Губернатором Московской области графиком проведения тематических приёмов граждан 21 августа 2018 года с 10.00 в Приёмной Правительства Московской области, в Министерстве образования Московской области,
15.08.2018
Уважаемые жители городского округа Домодедово!  В соответствии с утверждённым Губернатором Московской области графиком 21 августа 2018 года с 10:00 в Приёмной Правительства Московской области,
15.08.2018
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
Школы Подмосковья начали проверять на чистоту и порядок перед новым учебным годом - Правительство Московской области Источник: РИАМО Административно-технические инспекторы Московской области приступили к проверке школ, колледжей и детских садов перед началом нового учебного года, всего в регионе будет проверено порядка 3 тысяч объектов,
15.08.2018 Правительство Московской области
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
В этом году Национальный исследовательский технологический университет (НИТУ) «МИСиС» отмечает свой вековой юбилей.
14.08.2018 Газета Новые Известия
Согласно утверждённому Губернатором Московской области графиком проведения тематических приёмов граждан 21 августа 2018 года с 10.00 в Приёмной Правительства Московской области, в Министерстве образования Московской области,
15.08.2018 Пущинская среда
Жителям Подмосковья рассказали, как избежать встречи с медведем в лесу - Серебряно-Прудский вестник Гуляя в подмосковных лесах, необходимо создавать много шума, так можно спугнуть медведя, который отличается осторожностью и не любит резких звуков, сообщил РИАМО во вторник зоолог, специалист по медведям Игорь Егоров.
15.08.2018 Серебряно-Прудский вестник
В городском округе Красногорск состоялось расширенное координационное заседание комиссии по делам несовершеннолетних и защите их, сообщает пресс-служба администрации муниципалитета.
15.08.2018 Красногорские вести
Гуляя в подмосковных лесах, необходимо создавать много шума, так можно спугнуть медведя, который отличается осторожностью и не любит резких звуков, сообщил РИАМО во вторник зоолог, специалист по медведям Игорь Егоров.
15.08.2018 Серп и Молот
Определён список лауреатов 2018 года губернаторской премии «Наше Подмосковье» - Павлово-Посадские известия На состоявшемся 14 августа итоговом заседании Совета по присуждению ежегодных премий губернатора Московской области «Наше Подмосковье» определили 2018 победителей.
15.08.2018 Павлово-Посадские известия
15 августа день рождения А.А. Алябьева – участника Отечественной войны 1812 года, пианиста, певца, дирижера, педагога, организатора музыкальной жизни, но, прежде всего, композитора.
15.08.2018 Пущинская среда
«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
График проведения тематических приёмов граждан - Лотошинский район Представляем вашему вниманию график проведения тематических приёмов граждан в ЦИОГВ, ОМСУ и общественных приёмных исполнительных органов государственной власти в муниципальных образованиях Московской области.
15.08.2018 Лотошинский район
Депутат Московской областной Думы Марина Шевченко вместе с главой городского округа Дубна Максимом Даниловым и секретарем местного отделения партии «Единая Россия»,
16.08.2018 Газета Встреча
В городском округе Клин благодаря действиям сотрудников Госадмтехнадзора Московской области устранены нарушения на участке длиной в 10 километров и 3-х местах проведения работ на   строящейся скоростной автодороге «М-11».
16.08.2018 KolomnaOnline.Ru
Филиал «Восточные электрические сети» ПАО «МОЭСК» сообщает, что по причине производства ремонтных работ, 16 августа с 9:00 до 16:00 будет полностью отключена электроэнергия в деревнях Ловчиково, Сидоровская, Бордуки,
15.08.2018 Шатурский район