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 по делам несовершеннолетних МУ МВД России «Орехово-Зуевское» провели профилактическую беседу для студентов промышленно-экономического колледжа г. Орехово-Зуево.
22.10.2018
В РГУТИС состоялись мастер-классы по внедрению инноваций в [организациях] индустрии туризма - РГУТиС 14 сентября, 17-18 октября 2018 года в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Российский государственный университет туризма и сервиса» Федеральное агентство по туризму орга
22.10.2018
 
 
XIII Фестиваль науки NAUKA 0+ - ГГХПИ C 12 по 14 октября 2018 г. Гжельский государственный университет принял участие в работе центральной выставки XIII Фестиваля науки NAUKA 0+, которая состоялась в Москве, в центральном выставочном комплексе «Экспоцентр».
22.10.2018 ГГХПИ
Получающие пенсию по потере кормильца первокурсники должны сообщить в ПФР о своем зачислении.
22.10.2018 Серебряно-Прудский вестник
Учащиеся гимназии №6 Солнечногорска в мае этого года приняли участие и стали призерами заочного этапа V Международного конкурса научно-исследовательских и творческих работ учащихся «Старт в науке».
22.10.2018 Газета Сенеж
Безбрежное море пшеницы - Красное знамя Вера Осиповна Шевченко (в замужестве Ефремова) родилась в 1935 году в Белоруссии.
22.10.2018 Красное знамя
Сегодня, 22 октября, Московский городской суд рассмотрит апелляционные жалобы адвокатов на арест имущества российско - украинского олигарха, подозреваемого в мошенничестве.
22.10.2018 Газета Новые Известия
Дружеский визит - Истринские ВСети На днях военно-исторический музей «Ленино-Снегири» пополнился еще одним экспонатом — книгой «Судьба командарма Лизюкова» Это произошло благодаря дружественному визиту представителя белорусского казачества Эдуарда Охти
22.10.2018 Истринские ВСети
IMG_20181019_145858 - ГУ МЧС МО Инспекторы отдела надзорной деятельности по Дмитровскому району приняли  участие в проведении муниципального этапа фестиваля по пожарной безопасности «Таланты и поклонники», который состоялся  в Доме детского творчества «Радуга».
22.10.2018 ГУ МЧС МО
В горокруге Шаховская отметили юбилей клуба Как рассказали журналистам газеты «Шаховские вести», Осенним днем 1968 года распахнул свои двери Холмецкий сельский клуб.
22.10.2018 Шаховские вести
20 октября в Городском центре народного творчества и досуга «Лепсе» состоялся IV Открытый фестиваль декоративно-прикладного и изобразительного творчества «Сенежский ларец».
22.10.2018 Газета Сенеж
Платных парков в Реутове не будет - Газета Реут В последнее время, в связи с введением платных парковок в Москве на улицах, прилегающих к метро Новокосино, по Реутову ходят упорные слухи о том, что и в нашем городе на улицах, проходящих рядом с метро,
22.10.2018 Газета Реут
В последнее время, в связи с введением платных парковок в Москве на улицах, прилегающих к метро Новокосино, по Реутову ходят упорные слухи о том, что и в нашем городе на улицах, проходящих рядом с метро,
22.10.2018 Газета Реут
В Подольске подвели итоги футбольного сезона 2018 года. Подольская федерация футбола В Подольске подвели итоги футбольного сезона 2018 года, говорится в сообщении на сайте Подольской федерации футбола.
22.10.2018 Подольский рабочий
Профилактическое мероприятие «Осенние каникулы» стартует 22 октября - Пущинская среда За 9 месяцев 2018 года на дорогах Московской области зарегистрировано 405 дорожно-транспортных происшествий с участием детей в возрасте до 16 лет, в которых 14 детей погибли и 448 получили травмы различной степени тяжести.
22.10.2018 Пущинская среда
Более 1500 предпринимателей Подмосковья стали участниками семинаров «Правовая и финансовая безопасность бизнеса» - Ленинская Шатура В Московской области продолжается серия образовательных семинаров «Правовая и финансовая безопасность бизнеса» в рамках проекта Министерства инвестиций и инноваций региона «Бизнес-школа Московской области».
22.10.2018 Ленинская Шатура
Четыре возгорания произошли на территории городских округов Орехово-Зуево и Ликино-Дулево в период с 15 по 21 октября,19 раз пожарные расчеты выезжали на тушение травы и мусора,
22.10.2018 Орехово-Зуевская правда