Физик из России раскрыл тайны работы "комнатных" сверхпроводников. Статьи сверхпроводимости 2018
Физик из России раскрыл тайны работы "комнатных" сверхпроводников
МОСКВА, 7 мая – РИА Новости. Российские ученые предложили новую теоретическую модель, объясняющую существование высокотемпературных сверхпроводников и допускающую возможность создания такого материала, который бы проводил ток без потерь даже при комнатной температуре, сообщает пресс-служба ИМПБ РАН.
Российский физик придумал, как создать "комнатный" сверхпроводникЗа последние годы физики открыли или создали несколько видов сверхпроводников, способных работать при очень высоких температурах, которая в самых лучших случаях достигает всего минус 70 градусов Цельсия, что уже почти достижимо в природных условиях. Их появление потребовало нового объяснения того, как таким структурам удается проводить ток без видимых потерь, несмотря на то, что они "нарушают" основы первой теории сверхпроводимости, сформулированной еще в конце 1950 годов.Необычные свойства новых сверхпроводников, как пишет Виктор Лахно из Института прикладной математики РАН в Москве, объясняются сегодня тем, что ученые полагают, что они представляют собой изнутри не трехмерный, а своеобразный двумерный или даже одномерный материал, который состоит из особых квазичастиц-поляронов и который ведет себя как так называемый "конденсат Бозе-Эйнштейна".
Он представляет собой необычную по своим свойствам жидкость, которая ведет себя как один гигантский атом, "размазанный" на огромную площадь, при определенных свойствах обладающий сверхпроводящими свойствами. Проблема, по словам физика, заключалась в том, что ученые не считали, что конденсат Бозе-Эйнштейна может возникать в одномерных или двумерных системах, так как это запрещает теория и расчеты академика Виталия Гинзбурга.
Лахно нашел решение для этой проблемы, математически доказав, что конденсат Бозе-Эйнштейна в данном случае представляет собой особую трехмерную газообразную структуру, состоящее из так называемых биполяронов – особых квазичастиц, возникающих при движении пар электронов через кристаллы или другие материалы.
Физики открыли самый быстрый объект на Земле "Для создания сверхпроводящего кабеля необходимо использовать особый материал, в котором есть биполяроны, хотя и в очень малом количестве. Их концентрацию можно повысить, не меняя структуру материала, если сделать кабель коаксиальным. Внутренний провод малого диаметра, изолированный от внешнего, будет создавать сильное электрическое поле и притягивать к нему биполяроны", — заключает Лахно, чьи слова приводит пресс-служба института.
ria.ru
Рекорд высокотемпературной сверхпроводимости побит сразу дважды
Гидриды лантана демонстрируют сверхпроводимость при рекордно высоких температурах.
Электрическое сопротивление у сверхпроводящих материалов — нулевое, что позволяет им проводить ток без обычных для этого потерь. Однако добиться этого удается пока лишь при сверхнизких температурах, из-за чего применение сверхпроводников ограничивается теми областями техники, где можно создать для них подходящие криогенные условия: например, в электромагнитах маглевов или коллайдеров частиц.
Но ученые продолжают поиски новых материалов, проявляющих эти свойства при температурах, все более приближающихся к обычным. Первые обнаруженные сверхпроводники требовали охлаждения всего до нескольких градусов выше абсолютного нуля (-273 °С), а в 2015 году удалось показать, что сероводород при высоких давлениях демонстрирует сверхпроводимость «всего лишь» при -70 °С. Недавно этот рекорд превзошли, причем сразу дважды.
В первой статье, представленной в библиотеке препринтов arXiv.org, Рассел Хемли (Russell Hemley) и его коллеги сообщают о сверхпроводимости при впечатляющей температуре лишь -13 °С (260 К). Эффект наблюдался в супергидриде лантана, под давлением в 190 ГПа — почти два миллиона атмосфер, — которое создавалось сжатием его между парой алмазных кристаллов. По словам ученых, в некоторых образцах сверхпроводимость сохранялась даже при «плюсовой» температуре, вплоть до 280 К.
Таким же способом высокое (до 170 ГПа) давление создавалось и в гидридах лантана, с которыми экспериментировала команда наших бывших соотечественников, работающих в немецком Института химии Общества Макса Планка, в группе Михаила Еремеца. В статье, опубликованной на arXiv.org, ученые сообщают, что сопротивление материала резко падало при температуре 215 К (-58° C).
Лантан и водород сжимались на алмазной «наковальне»
Можно отметить, что вещества, которые использовали обе команды ученых, схожи: возможно, в обоих случаях речь идет об одном и том же соединении лантана и водорода. Однако пока что утверждать этого точно нельзя: из двух групп лишь Расселу Хемли с коллегами удалось провести рентгенографическое исследование структуры гидрида. По-видимому, он при этом образует кристаллы с молекулами Lah20, сверхпроводящие свойства которых были предсказаны авторами ранее.
Добавим, что эти работы еще не претендуют на окончательную точность: торопясь доложить о новых впечатляющих рекордах, авторы представили статьи без должного рассмотрения экспертами, как это делается в академических изданиях. И группе Еремеца, и Хемли с его командой еще предстоит провести по-настоящему тщательные эксперименты, оформить и объяснить их результаты — и только тогда рекорд сверхпроводимости будет обновлен официально.
Другие статьи:
nlo-mir.ru
Рекорд высокотемпературной сверхпроводимости побит сразу дважды
Гидриды лантана демонстрируют сверхпроводимость при рекордно высоких температурах.
Электрическое сопротивление у сверхпроводящих материалов — нулевое, что позволяет им проводить ток без обычных для этого потерь. Однако добиться этого удается пока лишь при сверхнизких температурах, из-за чего применение сверхпроводников ограничивается теми областями техники, где можно создать для них подходящие криогенные условия: например, в электромагнитах маглевов или коллайдеров частиц.
Но ученые продолжают поиски новых материалов, проявляющих эти свойства при температурах, все более приближающихся к обычным. Первые обнаруженные сверхпроводники требовали охлаждения всего до нескольких градусов выше абсолютного нуля (-273 °С), а в 2015 году удалось показать, что сероводород при высоких давлениях демонстрирует сверхпроводимость «всего лишь» при –70 °С. Недавно этот рекорд превзошли, причем сразу дважды.
В первой статье, представленной в библиотеке препринтов arXiv.org, Рассел Хемли (Russell Hemley) и его коллеги сообщают о сверхпроводимости при впечатляющей температуре лишь –13 °С (260 К). Эффект наблюдался в супергидриде лантана, под давлением в 190 ГПа — почти два миллиона атмосфер, — которое создавалось сжатием его между парой алмазных кристаллов. По словам ученых, в некоторых образцах сверхпроводимость сохранялась даже при «плюсовой» температуре, вплоть до 280 К.
Таким же способом высокое (до 170 ГПа) давление создавалось и в гидридах лантана, с которыми экспериментировала команда наших бывших соотечественников, работающих в немецком Института химии Общества Макса Планка, в группе Михаила Еремеца. В статье, опубликованной на arXiv.org, ученые сообщают, что сопротивление материала резко падало при температуре 215 К (-58° C).
Лантан и водород сжимались на алмазной «наковальне» / ©Drozdov et al., 2018
Можно отметить, что вещества, которые использовали обе команды ученых, схожи: возможно, в обоих случаях речь идет об одном и том же соединении лантана и водорода. Однако пока что утверждать этого точно нельзя: из двух групп лишь Расселу Хемли с коллегами удалось провести рентгенографическое исследование структуры гидрида. По-видимому, он при этом образует кристаллы с молекулами Lah20, сверхпроводящие свойства которых были предсказаны авторами ранее.
Добавим, что эти работы еще не претендуют на окончательную точность: торопясь доложить о новых впечатляющих рекордах, авторы представили статьи без должного рассмотрения экспертами, как это делается в академических изданиях. И группе Еремеца, и Хемли с его командой еще предстоит провести по-настоящему тщательные эксперименты, оформить и объяснить их результаты — и только тогда рекорд сверхпроводимости будет обновлен официально.
www.nanonewsnet.ru
Физики превратили графен в сверхпроводник: будущее на пороге
Группе ученых из MIT удалось превратить графен в сверхпроводник, по которому электричество передается без сопротивления. Секрет заключается в том, чтобы объединить два слоя наноматериала под «магическим углом».
Сверхпроводник — это такой Святой Грааль электротехников. В отличие от обычных проводников на основе золота или меди, сверхпроводники отличаются тем, что передают электричество без какого-либо сопротивления. Это означает, что ни потери тепла, ни потери мощности во время передачи не происходит. Эффективность систем (к примеру, компьютеров) на базе таких проводников намного выше, чем у привычных нам современных аналогов.
В прошлом исследователям уже удавалось обнаружить несколько сверхпроводящих материалов, однако все они работают лишь при температуре, близкой к абсолютному нулю. Наиболее успешными сверхпроводниками стали купраты, но даже они работают при температуре на 200 градусов ниже, чем точка замерзания воды. Однако просто открыть такой проводник намного легче, чем приспособить его для практических нужд, а потому за последние 25 лет индустрия не достигла в этом направлении особых успехов. Мечтой всех изобретателей является такой материал, который проявлял бы свойства сверхпроводимости при обычной, комнатной температуре и не требовал дорогих и громоздких систем охлаждения.
Новые исследования ученых из MIT могут открыть человечеству дверь в эру сверхпроводников. Ученые экспериментировали с графеном, который, как известно, уже зарекомендовал себя множеством интересных и необычных физических свойств. Этот двухмерный материал состоит из атомов углерода, и за последние несколько месяцев исследователи опытным путем доказали не только невероятную прочность, но и отличную способность графена проводить тепло и энергию. Теперь в общую копилку добавилось и еще одно замечательное свойство: при охлаждении почти до абсолютного нуля два листа графена, сжатые вместе и смещенные относительно друг друга на 1.1 градус, становятся сверхпроводниками. Это открытие стало неожиданностью даже для самих ученых!
Открытие того факта, что графен способен к сверхпроводимости, в ближайшем будущем положит начало целому ряду исследований в этой области. С графеном работать намного легче, чем со сложными купринами, а потому именно этот материал в будущем может стать ключом к созданию универсальных сверхпроводников, которые будут работать при комнатной температуре.
www.popmech.ru
Химики из России нашли «остров сверхпроводимости» в таблице Менделеева
«Сама идея связи сверхпроводимости с таблицей Менделеева принадлежит Дмитрию Семенку, студенту моей сколтеховской лаборатории. Найденный им принцип настолько простой, что удивительно, что никто не заметил его раньше», ‒ рассказывает Артем Оганов, известный российский химик из Сколковского института науки и технологий.
За последние годы физики открыли или создали несколько видов сверхпроводников, способных работать при очень высоких температурах, которая в самых лучших случаях достигает всего минус 70 градусов Цельсия, что уже почти достижимо в природных условиях. К примеру, такие свойства были открыты три года назад российскими и немецкими химиками у обычного сероводорода, сжатого до миллиона атмосфер.
Их появление потребовало нового объяснения того, как таким структурам удается проводить ток без видимых потерь, несмотря на то, что они «нарушают» основы первой теории сверхпроводимости, сформулированной еще в конце 50 годов.
Оганов и его коллеги уже достаточно долгое время изучают свойства новых сверхпроводников, используя алгоритм USPEX, созданный российским химиком для просчета того, как ведут себя различные кристаллы и другие структуры из множества атомов при экстремальных давлениях, температурах и в прочих условиях.
Изучая сверхпроводящие свойства различных сверхпроводящих соединений сверхтяжелых элементов, чье существование было предсказано USPEX, российские химики заметили необычную закономерность.
Оказалось, что высокотемпературная сверхпроводимость характерна для веществ, в состав которых входят атомы тяжелых металлов со строго заданной структурой электронных подоболочек. Под этим словом ученые понимают своеобразный квантовый «этаж», на котором живет большая группа электронов со схожим уровнем энергии.
Атомы с частично заполненными подоболочками, такие как уран, актиний, скандий, иттрий и прочие элементы из второй и третьей группы таблицы Менделеева, как выяснила команда Оганова, очень сильно реагируют на то, как расположены их соседи. В некоторых условиях это создает благоприятные условия для того, чтобы их электроны начинали вести себя как волны и объединялись в сверхпроводящие Куперовские пары.
Руководствуясь этой идеей, ученые просчитали сверхпроводящие свойства соединения актиния и 16 атомов водорода. Как показали этим расчеты, подобное вещество будет оставаться сверхпроводником даже при типично зимних температурах воздуха, около 22 градусов Цельсия ниже нуля, при условии, если его при этом будут сжимать до давлений, близких к полутора миллионам атмосфер.
Еще более интересными свойствами будут обладать соединения водорода с иттрием и лантаном. Они будут оставаться сверхпроводниками при положительных и даже комнатных температурах, что открывает дорогу для создания реальной «электропроводки будущего», если удастся избавиться от необходимости сжимать их до давлений, эквивалентных тому, которое царит в центре Земли.
Источник: РИА Новости
sci-dig.ru
Сверхпроводимость
Определение 1
В соответствии с классической теорией электронной проводимости удельное сопротивление металлов должно уменьшаться при понижении температуры, но при всех температурах являться конечным. Подобная зависимость сопротивления наблюдается в эксперименте при относительно высоких температурах. Если температура будет всего несколько кельвинов, то зависимость сопротивления от температуры качественно изменится. Прежде всего, удельное сопротивление становится независимым от температуры и стремится к некоторому определенному значению. Это значение отлично для разных веществ и даже разных образцов одного вещества. Экспериментально установлено, что остаточное сопротивление тем меньше, чем чище металл и чем меньше структурных дефектов в образце.
Если понижать температуру еще больше, то в некоторых веществах наблюдается явление сверхпроводимости. Это явление открыто Камерлинг -- Онессом в 1911 г. При некоторой определенной температуре, свойственной каждому веществу, удельное сопротивление скачком уменьшается почти до нуля. Температуры перехода в сверхпроводящее состояние всегда очень низкие.
Примечание 1
Сверхпроводимость среди чистых веществ имеют алюминий, кадмий, цинк, индий, галлий. Свойство сверхпроводимости связано со структурой кристаллической решетки.
Примечание 2
Сверхпроводимость может наблюдаться не только у чистых веществ, но и в некоторых соединениях и сплавах, причем сами элементы, которые входят в состав соединения -- сверхпроводника могут сверхпроводниками не являться.
Примечание 3
Уменьшение сопротивления происходит очень резко в интервале нескольких сотых градуса.
Свойства сверхпроводников
1. В сверхпроводниках один раз возбужденный электрический ток может существовать без источника тока длительное время. Так как из-за отсутствия сопротивления время затухания тока становится очень большим.
2. Внутри вещества в сверхпроводящем состоянии магнитная индукция всегда равна нулю. Допустим, что тело их сверхпроводника охладили и перевели в сверхпроводящее состояние. Включили внешнее магнитное поле, индукция которого (без тела) равна:
При включении магнитного поля в сверхпроводнике появятся индукционные токи, которые порождают дополнительную индукцию равную:
которая по закону Ленца будет компенсировать внешнюю индукцию ${\overrightarrow{B}}_a.$ В обычном проводнике индукционные токи быстро затухают, остается только поток, который вызван намагничивающей катушкой. В сверхпроводнике компенсирующие токи не затухают, следовательно, суммарная индукция тела все время будет равна:
Во внешнем пространстве линии результирующей индукции будут выталкиваться из тела, и огибать его.
Сверхпроводящее вещество является идеальным диамагнетиком с магнитной восприимчивостью $\varkappa =-1$ и магнитной проницаемостью равной $\mu =1+\varkappa =0.$ Из этого следует, что плотность тока в толще массивного сверхпроводника равна нулю. В сверхпроводящем сплошном теле ток может находиться только в тонком слое поверхности.
3. Магнитное поле разрушает состояние сверхпроводимости. При увеличении напряженности магнитного поля выше определенного значения сверхпроводимость разрушается. Сверхпроводник становится просто проводником, а магнитное поле проникает внутрь вещества. Магнитное поле, при котором это происходит, называют критическим полем. Чем ниже температура сверхпроводника, чем больше при этом разрыв между температурой перехода в состояние сверхпроводимости и температурой вещества в данный момент, тем больше магнитное поле при котором исчезает сверхпроводимость. При температуре перехода в сверхпроводящее состояние критическое магнитное поле равно нулю.
Примечание 4
Магнитное поле тока в сверхпроводнике может разрушить его сверхпроводимость.
В 1935 г. братья Лондоны нашли, что магнитное поле (H) проникает внутрь сверхпроводника и падает в зависимости от глубины по закону:
где ${\lambda }_L=\sqrt{\frac{m_ec^2}{4\pi n_Sq^2_e}}$ -- глубина проникновения магнитного поля в сверхпроводник, $n_S-\ $концентрация электронов проводимости. Для чистых металлов глубина проникновения примерно около ${\lambda }_L\sim {10}^{-5}см.$
Классификация сверхпроводников
Поверхностная энергия, связанная с наличием границ раздела между нормальной и сверхпроводящей фазами. Поверхностная энергия у сверхпроводников может быть как больше, так и меньше нуля. Сверхпроводники, для которых поверхностная энергия положительна, называются сверхпроводниками первого рода. Сверхпроводники с отрицательной поверхностной энергией - сверхпроводники второго рода.
На диаграмме состояния сверхпроводника 1 рода существуют только две области: сверхпроводящая и нормальная. На диаграмме состояний сверхпроводника второго рода присутствуют три области: сверхпроводящая, область смешанного состояния, нормальная область (рис.1). Кривая равновесия имеет параболическую форму. На этой кривой находятся критические точки ($B_k,\ T_k$). Из этих кривых видно, что магнитное поле понижает критическую температуру перехода в сверхпроводящее состояние.
Границы между областями на рис.1 определяют «нижнее» $B_{k1}$ и верхнее $B_{k2}$ критические поля. $T{\ }_{k0}$ -- критическая температура перехода в сверхпроводящее состояние, если внешнее магнитное поле равно нулю.
Рисунок 1.
Сверхпроводники второго рода используют в качестве соленоидов, в которых получают сильные магнитные поля. Сверхпроводники первого рода для этого не применимы, так как имеют низке значения критических магнитных полей.
Пример 1
Задание: Сверхпроводник имеет форму бесконечно длинного цилиндра (длинная проволока). Сила тока в проволоке равна I. Как индукция магнитного поля изменяется с расстоянием от оси проводника?
Решение:
В том случае, если тело имеет форму бесконечно длинного цилиндра, то напряженность магнитного поля во внешнем пространстве будет определяться полной силой тока:
\[H=\frac{I}{2\pi r}\left(1.1\right),\]где $r$ -- расстояние от оси провода, причем $r\ge R$, где $R$ -- радиус провода. Индукция связана с напряженностью магнитного поля выражением:
\[B={\mu }_0H\ \left(1.2\right).\]При переходе внутрь провода В по экспоненциальному закону уменьшается до нуля. Изменение индукции изображено на рис.2. Расстояние ${\lambda }_L$ от поверхности, при котором индукция магнитного поля уменьшается в e раз, называют ее глубиной проникновения. Глубина проникновения увеличивается при увеличении температуры.
Рисунок 2.
Пример 2
Задание: Опишите физическую природу сверхпроводимости.
Решение:
Основой всех особенностей поведения сверхпроводника является свободное (без столкновений) движение внутри вещества носителей заряда. Этот эффект является чисто квантовым.
Между электронами металла действуют силы отталкивания, которые возникают согласно закону Кулона. Это взаимодействие существенно ослабляется экранирующим действием ионов кристаллической решетки. Электроны притягиваются к ионам, сила притяжения крайне мала, но при определённых условиях притяжение может превзойти отталкивание. В таком случае электроны образуют пары (их называют куперовскими), эти пары имеют нулевой спин, ведут себя как бозе -- частицы и являются носителями тока в сверхпроводниках. Размер пар довольно велик, он достигает порядка микрон.
spravochnick.ru
сыграли вничью — Naked Science
Ученые представили и аналитическое решение, описывающее уникальные фазовые превращения в таких ферромагнитных сверхпроводниках. Работа опубликована в журнале Science Advances.
Ферромагнитные сверхпроводники
Международная группа исследователей изучила монокристаллическое соединение на основе европия, железа и мышьяка, допированного фосфором EuFe2(As0.79P0.21)2. Данный кристалл при охлаждении до температуры 24 К (минус 249,15℃) становится сверхпроводником и полностью утрачивает электрическое сопротивление. Кроме того, при дальнейшем охлаждении ниже 18К это же соединение демонстрирует ферромагнитные свойства: в частности, проявляет спонтанную намагниченность в отсутствие внешнего магнитного поля (как железо, из которого делают постоянные магниты).
Самое удивительное, что ферромагнетизм при этом не разрушает сверхпроводимость. Такое сосуществование магнетизма и сверхпроводимости давно привлекает внимание как теоретиков, так и ученых, занятых поиском перспективных материалов для обычной и сильноточной, рассчитанной на управление очень большими токами, электроники.
Рисунок 1. Схематическое изображение зарождения пары вихрь — антивихрь под воздействием спонтанных экранирующих (мейснеровских) токов при понижении температуры ниже критической температуры ферромагнитного перехода. Жирные стрелки показывают направление векторов намагниченности, а тонкие (в сечении обозначенные как кружок с крестом и кружок с кружком внутри) обозначают направление тока / Пресс-служба МФТИ
С теоретической точки зрения ферромагнитные сверхпроводники интересны тем, что в разных диапазонах температур проявляют разные свойства. Не вдаваясь подробно в теорию сверхпроводимости, отметим, что обычные сверхпроводники формально являются идеальными диамагнетиками: на их поверхности под действием внешнего магнитного поля возникают экранирующие токи, которые создают противоположно направленный внешнему магнитному полю магнитный момент. Таким образом, магнитное поле внутрь сверхпроводника не проникает. Магнитные свойства веществ тесно связаны с их электрическими характеристиками, поэтому «не такие» сверхпроводники оказались в фокусе внимания ученых: их изучение позволяет лучше понять природу сверхпроводимости как макроскопического квантового явления. А может, помочь и при создании пока кажущихся фантастическими сверхпроводников, работающих при температурах, близких к комнатной.
В ферромагнитных же веществах при температуре ниже точки Кюри естественным образом возникает структура из намагниченных участков (доменов). Точка Кюри — температура, ниже которой вещество проявляет ферромагнитные свойства. Если ферромагнетик нагреть сильнее, его структура перестраивается, и он перестает намагничиваться. Это свойство позволяет создавать различные полезные устройства, которые оперируют намагниченностью для хранения и обработки информации. Магнитофонная лента и жесткий диск компьютера — пожалуй, самые известные примеры. Сочетание сверхпроводимости и ферромагнетизма может быть перспективно с практической точки зрения, однако для целенаправленного поиска технологических решений инженерам и физикам нужно иметь детальное представление о процессах, происходящих в подобных системах.
Рисунок 2. Структура кристаллической решетки исследованного соединения. Розовыми сферами обозначены атомы мышьяка и фосфора, синими — атомы европия, а желтыми — железа / Пресс-служба МФТИ
Новая фаза Мейснера
Для получения информации о том, что происходит на поверхности изучаемого кристалла, ученые использовали методы магнитно-силовой микроскопии (МСМ). Магнитно-силовая микроскопия позволяет получить карту пространственного распределения магнитного поля вблизи поверхности образца с высоким разрешением и тем самым увидеть при различных температурах как магнитные домены (при температуре ниже точки Кюри, ~ 18 К), так и характерные для сверхпроводника вихри Абрикосова (при температуре 19-24 К). Кроме того, когда образец имел температуру в диапазоне 17,8-18,25 К (то есть чуть ниже точки Кюри), в нем обнаружилась новая фаза — проявляющаяся в виде «мейсснеровских доменов».
Эффект Мейснера — Оксенфельда — выталкивание внешнего магнитного поля при переходе в сверхпроводящее состояние. Сверхпроводник сопротивляется проникновению силовых линий магнитного поля в объем материала. В результате внешнее магнитное поле генерирует в тонком приповерхностном слое вещества сверхпроводящие (мейснеровские) токи.
В этом исследовании экспериментально было обнаружено существование новой фазы эффекта Мейснера: «мейснеровских доменов» (периодическая структура, обусловленная спонтанными мейснеровскими токами, генерируемыми в результате экранировки внутренней магнитной подсистемы атомов европия) и последующей трансформации в «вихревые домены». Этот переход обусловлен квантованием спонтанных магнитных потоков, направленных в противоположные стороны внутри мейснеровских доменов при достижении критического — для данного сверхпроводника — значения магнитного поля.
Рисунок 3. Снимки с помощью магнитно-силовой микроскопии (размер карт 8х8 микрон) образца при разных температурах. На иллюстрации D изображено обычное вихревое состояние из вихрей Абрикосова при Tfmc, генерируемое внешним магнитным полем, присущим всем сверхпроводникам второго рода, на картинке E — состояние мейснеровских доменов, на картинке F — состояние вихревых доменов. Схемы в нижнем ряду иллюстрируют те же случаи; js обозначен сверхпроводящий ток, а M — магнитный момент / Пресс-служба МФТИ, изображение из статьи исследователей
Меняя в процессе эксперимента температуру, ученые смогли проследить за переходом образца из одной фазы в другую.
Рисунок 4. Образец в процессе охлаждения. Желтыми стрелками показано зарождение и перемещение пары вихрь — антивихрь; исследователи отмечают, что это происходит в местах, где до этого отмечалась некая неоднородность — либо уже имелся вихрь, либо Y-образная «развилка» в магнитных мейснеровских доменах / Пресс-служба МФТИ, изображение авторов исследования
По словам Василия Столярова, заместителя руководителя Лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ и первого автора статьи: «Впервые в мире мы продемонстрировали, что происходит на поверхности недавно открытых ферромагнитных сверхпроводников. Впервые были обнаружены так называемые мейснеровские домены, а также фазовый переход от мейснеровских доменов к вихревым доменам: это происходит, когда в мейснеровских доменах начинают зарождаться спонтанные пары вихрей и антивихрей Абрикосова, компенсирующие экранирующие токи Мейснера в соседних доменах. Спонтанное зарождение пар вихрей и антивихрей Абрикосова в однородном сверхпроводнике ранее никем обнаружено не было, хотя их возможное существование было предсказано теоретически и косвенно из электронно-транспортных исследований.
Наши результаты открывают новую страницу в современной физике сверхпроводимости, они дают почву для будущих фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований процессов, протекающих в сверхпроводниках на атомном масштабе. Мы готовим ряд научных статей по проведенным исследованиям на такого типа материалах, и данная публикация является первой в своем роде».
Исследователь добавил, что переход материала из одной фазы в другую можно использовать для управления процессами внутри сверхпроводника. В частности, это явление может помочь управлять вихрями Абрикосова в кристалле и создавать отдельные пары вихрь — антивихрь, что может быть использовано при разработке электронных устройств на основе гибридных сверхпроводящих материалов.
naked-science.ru
