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 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.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
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.
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.
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.
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