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 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.
Больше половины студентов регулярно читают учебные тексты под музыку, хотя многие научные работы утверждают, что это вредит пониманию текста. Исследователи из Университета Эдит Коуэн выяснили, что эта привычка определяется не когнитивными способностями вроде силы внимания, а тем, насколько важную роль музыка играет в жизни конкретного человека.
Сверхпроводимость очень чувствительна к внутренней организации материала, в котором проявляется. Чтобы уговорить эту «птицу счастья» стабильно работать, физики тщательно следят практически за каждым атомом в сверхпроводниках и всеми воздействиями электромагнитных полей. Ученые могут контролировать хаотичные процессы в материалах, но могут их и использовать.
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.
Последние несколько лет по всему миру выходит множество работ о том, что микрочастицы искусственных полимеров накапливаются в тканях человека и могут быть небезопасны. Мы решили обратиться к академику Алексею Хохлову, чтобы дать трибуну противоположной точке зрения. Выбор между ними предлагаем сделать читателю.
Астрофизики Южного федерального университета предложили объяснение одной из самых интригующих загадок современной физики — годичных колебаний сигнала в детекторе DAMA/LIBRA, который вот уже почти тридцать лет регистрирует странные сигналы в подземной лаборатории Гран-Сассо в Италии, интерпретируемые как взаимодействие частиц темной материи с обычным веществом.
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.
Релиз довольно неожиданно перенес время образования протонов и нейтронов в более раннее прошлое Вселенной. К сожалению, из его текста осталось неясным научное обоснование таких фундаментальных изменений в космологии. Также он резко передвинул в прошлое и момент возникновения реликтового излучения.
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