Ученые показали, как беспорядок помогает получению необычной сверхпроводимости
Российские исследователи из НИУ ВШЭ и МФТИ изучили, как состав электронов в сверхпроводнике влияет на появление интертипной сверхпроводимости — особого состояния, при котором сверхпроводники проявляют необычные свойства. Ранее считалось, что она возникает только в материалах с минимальным количеством примесей. Однако ученые выяснили, что область интертипной сверхпроводимости сохраняется и даже может быть расширена в материалах с большим количеством примесей и дефектов. В будущем такие сверхпроводники могут помочь в разработке высокочувствительных сенсоров и детекторов.
Исследование опубликовано в журнале Frontiers of Physics. Сверхпроводниками называют материалы, которые при охлаждении до очень низких температур проводят электричество без потерь энергии. Сверхпроводники обычно делят на два типа. Однако существует состояние интертипной сверхпроводимости, при котором материал ведет себя как «гибрид» двух типов.
В обычных материалах присутствует хотя бы небольшое сопротивление — свойство, которое препятствует прохождению электрического тока и приводит к потере энергии. Однако некоторые материалы при охлаждении до очень низких температур переходят в состояние, при котором сопротивление утрачивается. Такое состояние называют сверхпроводимостью, а материалы — сверхпроводниками.
Когда материал переходит в сверхпроводящее состояние, он полностью вытесняет внешнее магнитное поле, например, от электромагнитов или проводников с током. Однако если внешнее поле становится слишком сильным, сверхпроводник теряет свои свойства и возвращается в обычное состояние.
Сверхпроводники принято делить на два типа. Отнесение к тому или иному типу зависит от поведения в магнитном поле и значения параметра Гинзбурга — Ландау. Параметр зависит от характеристик материала, наличия примесей и дефектов. Если он меньше определенного значения, то материал относится к сверхпроводникам первого типа, если больше — второго.
У первого типа магнитное поле вытесняется из объема, пока напряженность не достигнет критического значения. После этого поле проникает в материал и сверхпроводимость утрачивается. В сверхпроводниках второго типа ситуация иная: магнитное поле начинает проникать, когда напряженность достигает минимального порога, однако сверхпроводимость при этом сохраняется. Поле проникает в виде вихрей — тонких трубок с током, внутри которых находится магнитное поле. Эти вихри образуют упорядоченную структуру в виде решетки.
Однако существует узкая область вокруг критического значения параметра Гинзбурга — Ландау, в которой сверхпроводимость приобретает промежуточные свойства между первым и вторым типами. Это состояние называют интертипной сверхпроводимостью. В нем возникают необычные конфигурации магнитного поля, отличные от решеток: кластеры вихрей, цепочки и гигантские вихри, приводящие к новым магнитным свойствам, отличным от классических.
Изначально интертипная сверхпроводимость наблюдалась только в чистых сверхпроводниках с минимальным количеством примесей. Однако новое исследование ученых Центра квантовых метаматериалов МИЭМ НИУ ВШЭ и Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ показало, что в сверхпроводниках с большим количеством примесей и дефектов область интертипной сверхпроводимости сохраняется. Это возможно в многозонных сверхпроводниках, где присутствуют несколько «сортов» электронов, различающихся по свойствам. Электроны, принадлежащие разным энергетическим зонам, по-разному реагируют на примеси: одни чувствуют их сильнее, другие слабее. При этом степень взаимодействия с примесями можно контролировать, например облучая материал ионами, что позволяет расширить область интертипной сверхпроводимости.
Результаты, полученные учеными, позволяют больше узнать о типах сверхпроводимости и изменении ее свойств в зависимости от условий. Это важно для грамотного использования сверхпроводников в кабелях и мощных магнитах, поскольку токовые и магнитные свойства сверхпроводника зависят от его типа. Также это полезно для разработки новых высокочувствительных устройств.
«Исследование расширяет представления о сверхпроводимости и классической классификации сверхпроводников, существующей уже около 70 лет. Мы показали, что сочетание беспорядка и многозонных эффектов кардинально изменяет свойства сверхпроводников и открывает возможность изучать редкие и экзотические сверхпроводящие состояния. А благодаря тому, что конфигурации магнитного поля при интертипной сверхпроводимости чувствительны к параметрам температуры и тока, в будущем такие сверхпроводники возможно использовать в высокочувствительных сенсорах и детекторах», — комментирует научный сотрудник Центра квантовых метаматериалов МИЭМ НИУ ВШЭ Павел Марычев.
Telegram 
Дзен 
VK Инфекции, такие как коронавирус, наносят серьезный удар организму, из-за чего даже после выздоровления он продолжительное время остается уязвимым. Сегодня для оценки иммунитета врачи смотрят в первую очередь на уровень антител в крови, однако такой подход не отражает реального состояния здоровья человека. Это не позволяет врачам точно прогнозировать, как будет протекать болезнь и насколько быстро пациент выздоровеет. Ученые Пермского Политеха и ПГАТУ впервые выяснили, как именно восстановление иммунитета зависит от пола человека и кто наиболее подвержен осложнениям после коронавирусной инфекции. Результаты исследования помогут правильно учитывать гендерные особенности пациента при лечении и реабилитации, что повысит точность прогнозов и эффективность терапии.
Физики Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ совместно с коллегами из Алферовского университета и ИТМО показали, как управлять свечением углеродных точек, помещая их на полупроводниковые нанопровода.
Ученые МИЭМ ВШЭ предложили математическую модель, которая позволяет понять, как взаимодействие между сообществами влияет на их устойчивость. Работа основана на классической теории эволюционных игр и демонстрирует неожиданный эффект: даже небольшое информационное воздействие одного сообщества на другое может привести к тому, что одно из них сохранит внешнюю стабильность, а в другом начнутся хаотические изменения на уровне отдельных участников.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Сканирующая туннельная микроскопия достигла квантово-механического предела пространства-времени. Физики провели эксперимент и смоделировали перемещение одиночного электрона с атомарной точностью и скоростью в доли фемтосекунды. Результат показал границы применимости квантовых законов и объяснил механику сверхбыстрых процессов.
Одной из главных анатомических особенностей эволюции рода Homo считается резкое увеличение объема черепной коробки за последние примерно два миллиона лет. За это время она в среднем увеличилась в три раза. Однако авторы нового исследования поставили под сомнение традиционную гипотезу, согласно которой этот процесс был результатом естественного отбора. По их мнению, он мог оказаться случайностью.
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