Физики из России раскрыли секреты работы «грязных» сверхпроводников

Физики из России раскрыли секреты работы "грязных" сверхпроводников

Российские и зарубежные физики нашли объяснение тому, как работают так называемые «грязные» сверхпроводники, существование которых противоречит классическим теориям сверхпроводимости. Их выводы были представлены в журнале Nature Physics.

«Сверхпроводник и диэлектрик – противоположные по свойствам состояния, и именно поэтому удивительно, что в «грязных» сверпроводниках они могут переходить одно в другое. «Очень грязные» сверхпроводники изучают уже 25 лет, однако полноценной теории, которая бы объясняла все их странности, до сих пор нет», — рассказывает Михаил Фейгельман, профессор Института теоретической физики РАН в Москве, чьи слова приводит пресс-служба института.

Магнитные войны

Все сверхпроводники обладают необычным свойством – они «не любят» магнитное поле и стремятся его вытолкнуть наружу в том случае, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определенное значение, то тогда сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится «обычным» материалом. 

Данный феномен, который они называют «эффектом Мейснера», считался универсальным свойством всех сверхпроводников до конца прошлого века, когда был открыт целый ряд крайне необычных веществ, так называемых «грязных» сверхпроводников, внутри которых он не работает или ведет себя не так, как это предсказывает классическая теория сверхпроводимости.

«Этим термином обозначают сверхпроводники, сделанные из сплавов металлов с сильно нарушенной кристаллической решеткой, практически аморфных. В обычном состоянии они являются слабыми диэлектриками и при охлаждении проводят ток все хуже и хуже. Но по достижении некой критической температуры они скачкообразно превращаются в сверхпроводники», — продолжает ученый. 

Вдобавок, как отмечает Фейгельман, эти вещества «неправильно» реагируют на попытки подавить сверхпроводимость при помощи магнитных полей – их сопротивляемость действию линейно растет вплоть до абсолютного нуля, а не останавливается на определенной отметке, как это делают остальные сверхпроводники.

Ученые почти четверть века безуспешно пытаются объяснить подобные свойства «грязных» сверхпроводников, что мешает созданию квантовых компьютеров и других электронных устройств, где требуется максимальная изоляция от внешнего мира, на базе подобных материалов. 

Буря в микромире

Фегельман и его коллеги смогли найти ответ на этот вопрос, наблюдая за тем, что происходило с «грязными» сверхпроводниками в тот момент, когда сила магнитного поля достигала этой критической отметки, а затем превышала ее.

Для этого физики вырастили несколько пленок из оксида индия, обладающих подобными аномальными сверхпроводящими свойствами, и наблюдали за тем, как много тока они могут пропускать через себя в подобных условиях, не теряя при этом сверхпроводящие свойства и не нагреваясь.  

Эти наблюдения помогли российским физикам и их зарубежным коллегам открыть простую зависимостью между силой поля и тем, как много тока могло проходить через подобные пленки, и понять, что происходит внутри них. 

Оказалось, что аномальные свойства «грязных» сверхпроводников были связаны с существованием так называемых вихрей Абрикосова — особых магнитных «воронок», кольцевых электрических токов, разделяющих сверхпроводящие и «обычные» области вещества.

Российским ученым удалось выяснить, как изменения в их поведении при снижении или повышении температур влияют на «грязный» сверхпроводник и задают его вести себя не так, как это делают другие типы подобных материалов.

Как надеются ученые, собранные ими данные и подготовленные ими наборы формул, описывающие «грязные» сверхпроводники, ускорят разработку их высокотемпературных аналогов и помогут им найти свое место в науке и промышленности.