Ученые наконец смогли зафиксировать загадочные вихри Абрикосова

  О существовании вихрей Абрикосова ученые догадывались давно. Но последнее исследование российских ученых дало возможность их зафиксировать и сделать прогнозы применения этого феномена.

Перспективное направление

Исследования в области сверхпроводников находятся на грани фундаментальных и прикладных. Они вносят огромный вклад в «чистую» науку, но и многое делают для практики применения научных открытий в новинках технологий. Например, в устройствах, где используется магнитная память или сверхпроводящие преобразователи тока.

В журнале Scientific Reports недавно были опубликованы результаты исследования российских ученых. Проводились они специалистами МФТИ при содействии Фонда фундаментальных исследований, а также Минобрнауки. В первую очередь исследование касалось особенностей топологических квантовых алгоритмов в сверхпроводящих системах. Направление очень перспективное, но дальнейшему продвижению этих открытий долгое время мешали помехи со стороны окружающей среды.

Сверхпроводники — особая группа материалов, которые при температурах ниже критических способны терять свойство сопротивления. А при этом еще и выталкивать из себя магнитное поле. Возможным этот феномен становится благодаря току: он начинает «скользить» по поверхности материала, экранируя магнитное поле.

Однако так происходит не со всеми подобными материалами. Сверхпроводники второго рода при падении температуры ниже критичной отметки магнитный поток все же пропускают, но в особом состоянии — в виде квантованных вихрей. Их-то и назвали вихрями Абрикосова, по имени физика Алексея Абрикосова, предсказавшего их существование. Квантовый вихрь является продуктом сверхпроводящего тока с несверхпроводящим ядром. Он в себе включает единицу магнитного потока — квант.

Как проводили исследование

О некоторых деталях эксперимента рассказала научный сотрудник МФТИ Ольга Скрябина. Она пояснила, что особый интерес ученых вызывала система «сверхпроводник — ферромагнетик», особенности ряда необычных происходящих там эффектов.

Ученые использовали в этих опытах нанопровод из никеля, он в системе выполнял роль ферромагнетика. К его концам присоединили два электрода из ниобия, а они уже являются сверхпроводниками. Опыты по изменению магнитного поля показали: сопротивление нанопровода тоже меняется, и эти перемены увязаны с явлениями, происходящими в местах контактов сверхпроводников и ферромагнетика.

При высоких температурах ничего особенного в системе не происходило. Но когда температура была понижена сверх критического порога, электроды приобрели сверхпроводящие свойства, то есть утратили сопротивление. А все система, напротив, дала резкий рост сопротивления.

Такой эффект можно объяснить единственной причиной: значит, сопротивление значительно усилилось на границах сверхпроводников с ферромагнетиком. Ученые отметили и другие явления. по ниобиевым электродам побежали экранирующие токи, и сверхпроводники принялись выталкивать наружу магнитное поле.

Магнитное поле имело направленность параллельно оси нанопровода. В данном контексте можно было зафиксировать вход и выход в электроды (сверхпроводники) кванта магнитного потока. Вихрь проникал в ниобий и выталкивался из него, что и давало необычную картину сопротивления, напоминающую пилу. Никелевому нанопроводу в данных условиях отводилась роль своеобразного «громоотвода», притягивающего поле.

Исследования добавили ученым оптимизма в планах дальнейшего изучения сверхпроводящих цепей, в особенности гибридных. Полученные эффекты можно будет в дальнейшем применять в квантовых компьютерах и иной сверхчувствительной аппаратуре.