Физики решили одну из последних фундаментальных проблем сверхпроводимости
Экспериментальное открытие фундаментального физического явления — событие редкое. Однако физикам из Сколковского института науки и технологий вместе с коллегами из европейских научных организаций удалось экспериментально продемонстрировать одно из таких явлений — нестационарный эффект проскальзывания фазы. Оно обещает стать столь же перспективным, как и джозефсоновский эффект, благодаря которому мы имеем эталон напряжения и сверхчувствительные детекторы магнитного поля.
Исследование опубликовано в журнале Nature. Этот эффект проявляется в виде образования ступенек электрического тока, протекающего через сверхпроводниковые нанопроволочки под действием СВЧ-излучения. Нанопроволочка из сверхпроводника играет роль туннельного барьера для квантов магнитного потока точно так же, как джозефсоновский переход — тонкая прослойка изолятора между двумя сверхпроводниками — служит туннельным барьером для электрических зарядов.
С точки зрения классической физики такой переход не отличается от полного разрыва цепи, однако квантовомеханический туннельный эффект позволяет току протекать через такие зазоры без всякого сопротивления. Аналогично магнитный поток не может «перескочить» через проволочку в классической физике (сверхпроводник экранирует магнитное поле), но может «протуннелировать» через нее благодаря законам квантовой механики.
Джозефсоновские переходы предсказаны в 1962 году британским физиком Брайаном Джозефсоном. За эту работу ученый получил в 1973 году Нобелевскую премию
Применение нестационарного эффекта проскальзывания фазы обещает стать таким же перспективным, как и джозефсоновский эффект. На основе джозефсоновских контактов делают сверхчувствительные детекторы магнитного поля, например, для исследования очень слабых магнитных полей головного мозга. Другое практическое применение этих контактов опирается на тот факт, что протекающий через них ток может меняться не плавно, а образовывать ступеньки по напряжению, если контакт облучать СВЧ-излучением.
На основе последнего эффекта, называемого ступеньками Шапиро, базируется квантовая метрология: эталон вольта сегодня определяют не при помощи какой-нибудь химической батареи из палаты мер и весов, а при помощи приборов на джозефсоновских контактах. А на основе эффекта нестационарного когерентного проскальзывания фазы можно будет сделать и квантовый стандарт ампера.
«Это позволяет достичь беспрецедентной точности, поскольку размер каждой ступеньки в обоих эффектах обусловлен фундаментальными законами природы: он в принципе не зависит ни от материала, ни от внешних условий: главное — наличие сверхпроводимости», — прокомментировал значение открытия Олег Астафьев, руководитель исследования.
Международная группа во главе с профессором Сколтеха и руководителем Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ Олегом Астафьевым, опубликовала в журнале Nature статью, в которой описала один из немногих остававшихся нереализованными эффектов фундаментальной физики, до сих пор пребывавший в статусе «предсказан теоретически» — нестационарный эффект проскальзывания фазы, который проявляется в виде обратных ступенек Шапиро в сверхпроводниковых нанопроволочках: в вольт-амперных характеристиках образуются ступеньки по току при изменении напряжения в отличие от ступенек по напряжению в давно известном эффекте Шапиро на джозефсоновских переходах.
И хотя советские физики Константин Лихарев, Александр Зорин и Дмитрий Аверин из МГУ предсказали появление таких ступенек еще в 1990 году, их долго не удавалось впрямую наблюдать на практике. Международная группа ученых под руководством Олега Астафьева использовала в своей работе новый подход. Ключом к успеху оказался правильно подобранный материал для нанопроволочки — тонкие пленки нитрида ниобия — а также специальная и необычная электрическая схема: рядом с нанопроволочкой изготовили компактные индуктивные элементы микронных размеров из того же материала.
Наблюдение «обратных ступенек Шапиро» не просто подтверждает существование этого фундаментального физического явления. Оно еще и открывает путь к созданию новых типов приборов, а это востребовано как в фундаментальных научных исследованиях, так и при создании новых устройств, в частности метрологических стандартов тока.
Telegram 
Дзен 
VK Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Ученые РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина разработали синтетическое масло для газопоршневых двигателей, позволяющее снизить расход топливного метана на семь процентов. Продукт разработан в целях импортозамещения в сфере энергетики. Разработка открывает новые возможности распределенной энергетики на Крайнем Севере, Дальнем Востоке и других территориях без центральных сетей.
Исследователи МФТИ обнаружили, что общепринятая теоретическая модель, которая десятилетиями служила стандартом для описания систем, состоящих из сверхпроводников и магнетиков, работает далеко не всегда, и предложили куда более точную картину.
Очереди на заправках стали привычным явлением в России, а на фоне информационного вакуума от властей о конкретных показателях производства бензина в июне население вынуждено ориентироваться на слухи. Все это выглядит довольно странно, но есть нюанс: скорее всего, кризис уже начинает выдыхаться. Как именно мы это выяснили?
Израильские биологи научили родственника табака самостоятельно вырабатывать пять психоделических веществ, которые в природе происходят из трех царств: растений, грибов и животных. Для этого ученые впервые расшифровали природный путь выработки ДМТ, а затем перенесли нужные гены в один организм.
Власти штата Нью-Йорк ввели на год мораторий на строительство крупных дата-центров. Таким образом, Нью-Йорк стал первым штатом, где действует такое ограничение.
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.
Видеосервисы стали неотъемлемой частью жизни россиян. В 2026 году охваты большинства платформ продолжают расти, в том числе YouTube.
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