В МФТИ выяснили как сверхпроводящие вихри провоцируют "торнадо" за границей

Фото: open-dubna.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.

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.

Автор: Татьяна Небольсина

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
Рисунок 1. Квантовый вихрь на границе сверхпроводник (Nb) — нормальный металл (Cu). Изображение: Елена Хавина (пресс-служба МФТИ) - OpenDubna.Ru
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,
04:10 15.06.2018 OpenDubna.Ru
- 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
Новые порядки проведения государственной итоговой аттестации (ГИА) для выпускников 9-х и 11-х классов утверждены совместными приказами Минпросвещения России и Рособрнадзора и зарегистрированы в Минюсте.
17.12.2018
Рейтинг Центров молодежного инновационного творчества появится в Подмосковье в 2019 году - Правительство Московской области Источник: Министерство инвестиций и инноваций Московской области Министерство инвестиций и инноваций Московской области будет составлять рейтинг Центров молодежного инновационного творчества (ЦМИТов),
17.12.2018
Учащиеся Совхозной школы приняли участие в областном молодёжном форуме инноваций и предпринимательства - Серебряно-Прудский вестник Учащиеся Совхозной средней школы приняли участие в Московском областном молодежным форуме инноваций и предпринимательства в сфере робототехники и роботостроения, который прошел 15 декабря в Доме правительства Подмосковья.
17.12.2018
 
Фонд президентских грантов предложил обучающий онлайн-курс по социальному проектированию для представителей НКО - Городские вести За время проведения трех конкурсов представители Фонда президентских грантов пообщались на семинарах и форумах с более чем 24 тысячами лидеров НКО из всех регионов страны.
17.12.2018
Награды на церемонии закрытия форума «ПроеКТОриЯ» получили 200 старшеклассников - Городские вести 14 декабря в Ярославле состоялась церемония закрытия Всероссийского форума профессиональной ориентации «ПроеКТОриЯ», собравшего более 500 школьников и 150 педагогов из всех регионов страны.
17.12.2018
 
Птицы счастья на гербе России - Истринские ВСети Ученица Костровской школы стала победителем Всероссийского конкурса на лучшее знание государственной символики России Ученица Костровской школы Ольга Гайдукова стала победителем Всероссийского конкурса на лучшее знани
15.12.2018 Истринские ВСети
Делегация кадет из Солнечногорска побывала в образовательном центре «Сириус» в Сочи - Газета Сенеж Делегация кадет МАОУ «Радумльского лицея-интерната» посетила семинары и мастер-классы в образовательном центре «Сириус» в рамках Всероссийской научно-исследовательской конференции.
17.12.2018 Газета Сенеж
Самый «золотой» лицей Химок отметил юбилей - Химские новости Лицей № 11 распахнул свои двери для учеников полвека назад. С тех пор менялись образовательные программы, но неизменным в этих стенах остается одно – желание педагогов создавать условия для успешного обучения школьников.
17.12.2018 Химские новости
Александр Мшецян, директор Раменского дорожно-строительного техникума, рассказал о структуре учебного заведения, успехах студентов и отсутствии проблем в трудоустройстве выпускников.
17.12.2018 Газета Родник
ЛЮБЕРЦЫ. 17 декабря. INLUBERTSY.RU - Рособрнадзор утвердил новые правила сдачи единого государственного экзамена (ЕГЭ) и государственной итоговой аттестации (ГИА), сообщает Люберецкое информагентство со ссылкой на сайт «Рособрнадзор».
17.12.2018 Люберецкая панорама
Пятнадцатого декабря Андрей Воробьев открыл Кубок губернатора Московской области по робототехнике «Рубикон», сообщила пресс-служба губернатора и правительства Московской области.
17.12.2018 Газета Ключ
В Дзержинском обрушилась крыша одноэтажного здания - Котельники сегодня В соседнем с Котельниками городском округе Дзержинский сегодня, 17 декабря, в 9:55 произошло обрушение крыши одноэтажного здания по адресу Академика Жукова, дом 2. Как сообщили в МЧС по Московской области,
17.12.2018 Котельники сегодня
Пострадавший умер до прибытия скорой, убийца – задержан. О деталях преступления нам рассказал заместитель начальника ОМВД России по городскому округу Клин Олег Порошин.
17.12.2018 Серп и Молот
Международный фестиваль «Мы учимся в России» - ГГХПИ 12 декабря 2018 г. в университете состоялся международный фестиваль национальных культур «Мы учимся в России», который проводится с 2010 г. и с каждым годом становится все более масштабным,
17.12.2018 ГГХПИ
В Выставочном зале имени Ю.В. Карапаева открылась необычная фотоэкспозиция «Fragile» от детской фотостудии «ArtPhoto» под руководством Олега Скачкова.
17.12.2018 Серп и Молот
Количество ДТП с материальным ущербом в Подмосковье снизилось​ на 15% в 2018 году - Правительство Московской области Источник: Фотобанк Московской области Количество совершенных дорожно-транспортных происшествий с материальным ущербом на дорогах Подмосковья сократилось в 2018 году на 15%, число ДТП с пострадавшими уменьшилось на 13%,
17.12.2018 Правительство Московской области
Небольшой юбилей большого комплекса - Дмитровский вестник ​​​​​​​Муниципальное учреждение «Спортивный комплекс «Дмитров» в торжественной обстановке 14 декабря отметил 15-летие со дня открытия.
17.12.2018 Дмитровский вестник
Первенство по чир-спорту состоялось в Люберцах - Люберецкая панорама В воскресенье, 16 декабря, в ДС «Триумф» множество болельщиков собрало Открытое первенство округа по чир-спорту, сообщает Люберецкое информагентство со ссылкой на Спорткомитет округа.
17.12.2018 Люберецкая панорама
Дзюдо - (с японского «мягкий путь») - боевое искусство, философия и спортивное единоборство без оружия, созданное в конце XIX в. японским мастером боевых искусств Дзигоро Кано.
17.12.2018 Газета Родник
Воскресенская шпажистка завоевала золотую награду. Триумфом российских мушкетеров завершился чемпионат мира среди военнослужащих во французском Нанси.
17.12.2018 Куйбышевец
Долгострой на стадии завершения. В ходе выездного совещания Алексей Аксютенко осмотрел практически готовые помещения для занятий аэробикой и единоборствами, взрослый и детский бассейны, сауну,
17.12.2018 Газета Сенеж
В Ельне перезахоронили  останки семи воинов, отдавших жизни 77 лет назад в боях с оккупантами - Серп и Молот 17 декабря, в солнечный морозный день, на Мемориале воинской славы в деревне Ельне, что в нескольких километрах от Можайска, прошла торжественная волнующая церемония перезахоронения останков семи воинов,
17.12.2018 Серп и Молот
Подмосковный проект цифровизации муниципального земельного контроля будет рекомендован к внедрению в других регионах РФ - Минимущества МО Представители Министерства имущественных отношений Московской области приняли участие в конференции «Реформа контрольно-надзорной деятельности (КНД): новый госконтроль на практике»,
17.12.2018 Минимущества МО
За последнее время участились случаи правонарушений, связанных с кражей металлоконструкций высоковольтных линий электропередачи и элементов оборудования подстанций,
17.12.2018 Озёрский район