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 Древнеримские инженеры проложили колоссальную сеть дорог через Европу, Северную Африку и Ближний Восток, многие участки которой до сих пор поражают безупречной прямолинейностью. Секрет строительства заключался в использовании трех особых геодезических инструментов, с помощью которых разбивали местность на ровные отрезки и размечали трассы.
Самый маленький дневной хищник Африки впервые попал под наблюдение с помощью GPS-трекеров. Ученые выяснили, что для выкармливания птенцов ему нужен участок почти в 14 раз меньше, чем у степной пустельги — ближайшего «рекордсмена» среди изученных птиц.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Американские ветеринары установили, что длина шага передних лап у пожилых собак отражает возрастные изменения в работе мозга. Когда у собак развивается деменция, шаги их передних лап становятся короче, причем эта связь не зависит от хронической боли в суставах.
Терраформировать Марс — то есть превратить в мир, где можно жить без защитных куполов — мечта человечества с того момента, как стало понятно, что это холодная планета с призрачной бескислородной атмосферой. Сейчас главный хедлайнер ее освоения — Илон Маск, компания SpaceX которого планирует первые полеты туда уже в 2028 году. Многие энтузиасты вспоминают слова Маска 14-летней давности: Красную планету надо лишь «подремонтировать», чтобы ходить без скафандра. Но между полетом и прогулками по городу-саду на Марсе лежит огромная пропасть. Пару лет назад Naked Science рассматривал положительный сценарий терраформирования. Пришло время подсчитать, сколько же лет и ресурсов потребуется.
Биологи нашли особый тип стволовых клеток, которые просыпаются в среднем возрасте и активно производят новый жир на животе. Открытие сделали благодаря масштабным экспериментам на мышах и анализу человеческих тканей. Результат объяснил природу возрастного ожирения и дал новую цель для будущих лекарств.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
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