Физики сложили вихри Абрикосова в буквы с помощью лазерного пинцета — Naked Science
29.11.2016
ФизТех

Физики сложили вихри Абрикосова в буквы с помощью лазерного пинцета

Исследователи из МФТИ совместно с французскими коллегами из Университета Бордо провели уникальный опыт по манипуляции одиночными вихрями Абрикосова в сверхпроводнике оптическим методом.

Справа — одиночные вихри, слева — аббревиатура «Abrikosov Vortices»
Справа — одиночные вихри, слева — аббревиатура «Abrikosov Vortices» /Пресс-служба МФТИ

В статье, опубликованной в Nature Communications, учёные говорят о возможности создания новых квантовых логических элементов для суперкомпьютеров.

Явление сверхпроводимости, или отсутствия электрического сопротивления, наблюдается во многих материалах при низких температурах: от −273о до −70о по Цельсию. Переход в сверхпроводящее состояние сопровождается вытеснением магнитного поля из объёма сверхпроводника. Вытеснение может быть как полным (магнитное поле внутри тела равно нулю), так и неполным.

Эффект неполного вытеснения был объяснён в 1957 году Алексеем Абрикосовым, за что в 2003 году он был удостоен Нобелевской премии. Материалы, в которых вытеснение является неполным, получили название сверхпроводников второго рода. Помимо этого Абрикосов показал, что проникновение поля возможно только небольшими порциями — квантами магнитного потока. Увеличение магнитного поля сопровождается рождением в сверхпроводнике кольцевых токов — вихрей Абрикосова.

«Сверхпроводники второго рода используются повсеместно: это и медицина, и энергетика, и многие другие отрасли промышленности. «Вихревая материя» в свою очередь определяет свойства сверхпроводников. Поэтому контроль над ней и её изучение — важнейшие задачи современной физики», — говорит сотрудник лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИИван Вещунов, один из авторов статьи.

Для передвижения вихрей учёные использовали сфокусированный лазерный пучок. Вихри Абрикосова имеют тенденцию смещаться в зоны с более высокой температурой — таковыми являлись прогретые лазером области тонких плёнок ниобия, охлаждённых до температуры −268 градусов по Цельсию. Важным моментом является тот факт, что при перегреве сверхпроводимость в образце разрушается, поэтому необходимо очень точно регулировать интенсивность лазерного излучения.

Так как вихри являются носителями элементарного кванта магнитного потока, с их помощью можно создавать различные конфигурации магнитного поля для физических исследований. Одну из таких конфигураций использует сама природа: при определённом магнитном поле вихри сами выстраиваются в виде треугольной решётки. Сдвигая вихри, можно получить новые типы решёток или вихревых линз.

По словам авторов, одной из областей применения исследованного процесса может стать разработка оптических систем управления быстрой одноквантовой логикой (БОК-логикой). Она представляет одно из направлений развития квантовых компьютеров. Эта технология считается самой перспективной кандидатурой для создания сверхбыстрой памяти для квантовых компьютеров. На данный момент элементы БОК-логики используются в цифро-аналоговых и аналого-цифровых преобразователях, сверхточных магнитометрах, элементах памяти. Существуют и прототипы вычислительных машин, например американский компьютер FLUX-1. Однако управление схемами БОК-логики в них в основном реализуется с помощью импульсов электрического тока. Переход к оптическому управлению — одно из направлений, в котором будут развиваться сверхпроводящие системы.

То, что сделали учёные, на профессиональном сленге называется «proof of concept» — проверка того, что данный метод может быть использован для последующего изучения вихрей Абрикосова. Физикам ещё предстоит выяснить, как повышение температуры приводит к срыву вихрей с места, исследовать свойства решёток, которые они образуют, разобраться в их динамических свойствах. Все эти аспекты являются определяющими для понимания физики сверхпроводников и для возможности конструирования принципиально новых элементов микроэлектроники на их основе.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет), известен также как Физтех — ведущий российский вуз по подготовке специалистов в области теоретической, экспериментальной и прикладной физики, математики, информатики, химии, биологии и смежных дисциплин. Расположен в городе Долгопрудном Московской области, отдельные корпуса и факультеты находятся в Жуковском и в Москве.
Вчера, 17:42
Мария Азарова

Генеральный конструктор «Энергии» и руководитель полета российского сегмента МКС Владимир Соловьев назвал причину незапланированного включения двигателей нового модуля «Наука», из-за которого станцию развернуло на 45 градусов.

Вчера, 18:00
Сколтех

Исследователи Сколтеха и их коллеги изучили самый продолжительный на сегодня случай заболевания Covid-19 у пациентки с ослабленным иммунитетом, которая болела 318 дней. Исследование позволило выявить мутации, которые помогают коронавирусу SARS-CoV-2 избегать клеточного иммунитета.

Вчера, 21:09
Илья Ведмеденко

Российские специалисты разрабатывают четырехдвигательную версию пассажирского Ил-114. Это позволит повысить дальность и грузоподъемность крылатой машины.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

27 июля
Сергей Васильев

Окаменелости возрастом более 3,4 миллиарда лет могут быть остатками микробов-архей, живших и выделявших метан у гидротермальных источников на дне ископаемого моря.

25 июля
Мария Азарова

Ученые подтвердили связь между коронавирусной инфекцией и снижением когнитивных способностей на основе анализа данных более чем 81 тысячи человек.

25 июля
Александр Березин

До массовой термоядерной энергетики 20 лет — и всегда будет 20 лет. Это незатейливая шутка сама стала старой еще 20 лет назад. Общество расстраивается от того, что термояд все никак не могут вывести на промышленный уровень. И лишь Илон Маск считает, что термоядерный реактор вовсе не нужен. Внимательный анализ показывает, что он прав. Даже если все технические проблемы термоядерной энергетики чудесным образом разрешатся, у нее не будет шансов вытеснить конкурентов. Как так вышло, и что тогда спасет человечество от энергетического кризиса?

13 июля
Ольга Иванова

Международная команда ученых идентифицировала ДНК из почвы в грузинской пещере. Благодаря этому исследователям удалось восстановить геном человека возрастом 25 тысяч лет, не имея никаких скелетных останков.

8 июля
Василий Парфенов

Подросток из бельгийского города Остенде стал вторым самым юным обладателем высшего образования в обозримой истории. Он с отличием окончил курс физики в Антверпенском университете и теперь собирается защитить магистерскую степень, а затем и докторскую диссертацию в этой области. Цель у него простая и понятная: увеличение продолжительности жизни человека вплоть до полного бессмертия за счет замены частей тела и органов механическими или искусственными.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: