Физики объяснили поведение СКВИДов
Ученые Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ обнаружили ошибку в одном из методов измерения ток-фазового соотношения джозефсоновских контактов (аналога вольт-амперной характеристики для сверхпроводников), объяснили ее и предложили правильный алгоритм измерения. Эта методологическая работа поможет правильно интерпретировать экспериментальные результаты, подбирать оптимальные материалы и параметры для точного измерения.
Исследование опубликовано в Nano Letters. В работе изучался асимметричный СКВИД — сверхпроводящее кольцо с джозефсоновскими контактами, аналогами нелинейных элементов электрической цепи, имеющими большую асимметрию критических токов. Джозефсоновский контакт представляет собой узкую прослойку некоторого материала (слабую связь) между двумя сверхпроводящими контактами.
При приложенном магнитном поле и постоянном токе через СКВИД куперовские пары (носители заряда в сверхпроводниках) приобретают разную фазу волновой функции в каждом из контактов и интерферируют между собой, что отражается на критическом токе всей системы.
СКВИД может работать в разных режимах, например асимметричном — когда один из джозефсоновских переходов имеет высокое известное значение критического тока, а второй — во много раз меньше. Джозефсоновский контакт с большим критическим током называется референсным. Фаза на этом контакте почти не меняется от поля, из-за чего работа всего девайса определяется вторым изучаемым контактом. Однако в ряде исследований полученная зависимость критического тока от магнитного поля отличалась от теоретически предсказанной для второго контакта. Ученые списывали несоответствие на шум в измерительной системе, но физики из МФТИ более детально изучили проблему.
Первый автор статьи, студент Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий Ян Бабич прокомментировал: «Мы нашли несоответствие представленных результатов с нашим пониманием систем. Пришлось разработать новую теоретическую модель, чтобы локализовать и объяснить проблему. Далее стояла задача экспериментально доказать наши предположения».
Для этого ученые из центра создали СКВИД на основе сверхпроводящего металла ниобия. Один из джозефсоновских контактов представлял ниобиевый наномостик с высоким критическим током, второй — прослойку из висмута-теллура-селена (Bi2Te2Se) между сверхпроводящими контактами. Проведя серию измерений, исследователи обнаружили, что зависимость критического тока от внешнего магнитного поля дает неправильное ток-фазовое соотношение изучаемого контакта, если использовать общепринятую интерпретацию данных. Ученые исправили ошибку в применяемом методе и экспериментально и теоретически обосновали новый способ измерения ток-фазового соотношения.
Критический ток части СКВИДА с изолирующий прослойкой был в несколько десятков раз меньше, чем у половины с ниобиевым наномостиком. Исследователи изменяли магнитное поле внутри СКВИДа и наблюдали периодическое изменение критического тока. Так как асимметрия токов двух половин существенна, ожидалось, что форма сигнала будет полностью определяться синусоидальной формой критического тока на контакте с изолятором.
Однако ученые наблюдали трансформацию из синусоидальной в асимметричную кривую с уменьшением магнитного поля. Физики провели по 10 тысяч измерений при каждом значении магнитного поля и выяснили, что форма сигнала зависит от соотношения производных критических токов контактов. Когда производная критического тока наномостика сильно больше, чем у перехода с изолятором, — зависимость тока от магнитного поля синусоидальна и определяется вторым контактом, как и предсказано теорией. Когда производные токов сопоставимы, часть зависимости линейна — как у наномостика, а часть — синусоидальна.
Аналогичное изменение формы происходило при уменьшении температуры. Исследователи обобщили условия точного измерения магнитного поля, исходя из сигналов на эталонном и изучаемом контакте. Они отметили, что при определенных условиях нельзя восстановить весь изучаемый сигнал, потому что он будет перекрываться эталонным.
Также были выведены новые условия применимости этого режима измерений — должна быть большая разница не между критическими токами, а между их производными.
Эти открытия помогут проводить корректные измерения при помощи джозефсоновских переходов, выбирать эталонные материалы для контактов и грамотно интерпретировать экспериментальные данные.
Директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий доктор физико-математических наук Василий Столяров рассказал: «Мы нашли много работ, где измерения ток-фазовых соотношений были интерпретированы неправильно, что повлекло ошибочные выводы о физических явлениях в этих системах. Наша работа значительно углубляет понимание научного сообщества о поведении СКВИДов и ляжет в основу последующих работ по изучению джозефсоновских контактов со сложным ток-фазовым соотношением».
Telegram 
Дзен 
VK В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Ученые из МФТИ и Объединенного института высоких температур РАН показали, как с помощью электронного пучка управлять плазмой, в которой присутствуют пылевые частицы. Такой пучок вводится прямо в плазменный объем, изменяя при этом не только траектории движения частиц, но и свойства самой плазмы. Такой подход актуален для систем газоочистки и плазмохимических реакторов.
Американские биотехнологи впервые сообщили об обращении вспять клеточного старения в живых клетках печени человека — не мышиных, не синтетических, а именно человеческих. На волне этого результата компания привлекла 435 миллионов долларов и готовится к клиническим испытаниям.
В 2017 году человечество впервые заметило объект, прилетевший из другой звездной системы. Он оказался странным, почти не похожим ни на астероид, ни на комету, и получил имя Оумуамуа. Затем появился «нормальный» межзвездный странник — комета Борисова. А в 2025-м астрономы обнаружили 3I/ATLAS — объект, который, вероятно, хранит вещество времен рождения чужих миров. Но что изменили в астрономии эти три гостя из межзвездной тьмы?
Астрономы провели длительную радиодиагностику межзвездного объекта 3I/ATLAS и не нашли признаков искусственных технологий. Наблюдение окончательно подтвердило естественную природу ледяного тела, хотя ученые изначально не ожидали сенсации.
Роль личности в истории чаще всего иллюстрируют правителями или полководцами. Но, глядя на современную карту мира, нельзя не признать: она выглядела бы принципиально иначе, если бы не одна крестьянская девушка, которую сожгли в этот день ровно 595 лет назад.
В высокогорных районах Гималаев появился новый хищник. Он не боится людей, возглавляет стаи собак и все чаще заходит в деревни. Местные жители называют его «кхипшанг». Речь идет о гибриде гималайского волка и бродячей собаки. Ученые опасаются, что этот зверь изменит хрупкий баланс местной дикой природы и в скором времени станет весьма опасным для человека.
В доколумбовых Андах принадлежность к правящему роду определяла доступ к земле, торговле и статусу, поэтому удержать все внутри семьи было вопросом выживания. Ученые выяснили, что элиты долины Чинча решали эту задачу самым прямым способом — заключая браки между родственниками на протяжении как минимум двух поколений.
При совпадении нескольких условий наши глаза способны улавливать излучение в ближнем инфракрасном спектре. Тогда сетчатка начинает работать как нелинейный фотодетектор.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно