• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
23 августа
Сколтех
24 679

Физики решили одну из последних фундаментальных проблем сверхпроводимости

5.3

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.

Вольт-амперные характеристики под действием СВЧ-излучения. На верхних графиках видны ступеньки по постоянному току при IDC = 2e f n, протекающему через проволочку. На нижнем цветном графике дифференциальной проводимости положение ступенек проявляется в виде светлых горизонтальных линий при целочисленных n / ©Олег Астафьев / Сколтех

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. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Вчера, 13:45
Александр Березин

Половина всего расхода энергии человечеством приходится на тепло, почти 50% из этого количества уходит на отопление и нагрев воды в домах. На электричество — всего 19%. Из этого ясно, что вопрос отопления даже важнее электроэнергетики, а без отказа от ископаемых топлив здесь зеленый переход невозможен. Однако, как показывает новая научная работа, водород в этой роли — лишь несбыточная мечта.

Вчера, 14:59
Анна Новиковская

Все современные млекопитающие, от утконоса до синего кита и человека, произошли от общего предка, жившего около 180 миллионов лет назад, в юрский период. Об этом загадочном животном мы мало что знаем, но теперь ученые смогли компьютерно реконструировать его геном.

Позавчера, 21:14
Никита Логинов

Около 15 лет назад ученые сошлись во мнении, что признаки могут наследоваться от родителя не только через ДНК. Новое исследование показало: эпигенетические признаки передаются и через несколько поколений — «от бабушек и дедушек внукам».

26 сентября
Анатолий Глянцев

Солнце несравнимо ближе к нам, чем любая другая звезда. До него всего восемь световых минут, тогда как до Проксимы Центавра — четыре с лишним световых года. Казалось бы, уж о Солнце-то мы должны знать все и даже больше. Однако не тут-то было. Naked Science рассказывает о загадках, которые все еще таит дневное светило.

Позавчера, 17:32
Александр Березин

Индустриальная эпоха сделала мобилизацию нормой, но что мы знаем о ней и ее роли в истории России? В чем реальные корни ее необходимости, а где границы? Бывали ли у нас частичные мобилизации раньше? Чем они заканчивались? И чего, наконец, стоит ждать от нее в наши дни и в нашей стране?

23 сентября
Алиса Гаджиева

Ученые обнаружили, что древняя медная промышленность Израильского царства была организована так, что в итоге в ее центре не осталось ни растений, ни самой промышленности.

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

3 сентября
Алиса Гаджиева

В «Кратких сообщениях Института археологии» опубликована статья Михаила Казанского и Анны Мастыковой, в которой авторы обобщили все известное из самых разных источников (от позднеантичных авторов до материалов археологических раскопок) о народе акациры. В результате они не только узнали, где те жили во время Великого переселения народов, но и предположили, как это племя нашло общий язык с соседями.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: