Физики сложили вихри Абрикосова в буквы с помощью лазерного пинцета — Naked Science
7 минут
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.
ФизТех
197 статей
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.
Позавчера, 20:29
7 минут
Денис Гордеев

Изучение инфекционного процесса проводили благодаря комбинации флуоресцентной микроскопии и генетического анализа отдельных клеток.

Позавчера, 15:52
7 минут
Василий Парфенов

Вполне логично предположить, что раз земляне активно ищут жизнь около далеких звезд, кто-то на других планетах также может вглядываться в Солнечную систему. Ученые нашли более тысячи потенциально обитаемых и подходящих для наблюдений за Землей мест в радиусе 300 световых лет от Солнца.

Позавчера, 08:18
8 минут
Мария Азарова

В Перу обнаружили отлично сохранившиеся останки лам и морской свинки. Поскольку на телах животных не выявили каких-либо смертельных повреждений, ученые сделали вывод, что их хоронили заживо, перевязав конечности веревками.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

19 октября
4 минуты
Ольга Иванова

Международная группа ученых сделала рентгеновские снимки грудного отдела тела муравьев, проанализировав их мышцы и внутренний скелет. В результате исследователи выяснили, что сила этих насекомых связана с потерей способности летать.

18 октября
4 минуты
Денис Гордеев

Исследователи рассказали, где безопаснее всего сидеть и что может снизить вероятность заражения при встрече с друзьями.

28 сентября
29 минут
Александр Березин

Сентябрь 2020 года принес в Закавказье войну — столкновение Азербайджана и Нагорного Карабаха получило большой размах, общее число жертв, судя по всему, уже перевалило за сотню, а Ереван и Баку объявили мобилизацию (в Азербайджане — частичную). Объективного смысла в войне для самих участников нет. Баку не победит, но и Армения от конфликта ничего не выиграет. Пользу конфликт, однако, объективно принесет Турции, а также тем, кто поставляет в Азербайджан оружие. Возникает вопрос: почему война оказалась возможна, несмотря на дружественную позицию России к Армении, и зачем на нее пошли в Баку? И есть ли у Еревана разумный выход из назревающей бойни?

16 октября
6 минут
Денис Гордеев

Люди со второй и четвертой группами крови с большей вероятностью переболеют Covid-19 в тяжелой форме.

20 октября
4 минуты
Сергей Васильев

Глубоко в носоглотке ученые обнаружили новую — четвертую — пару крупных слюнных желез, о существовании которой ранее никто не подозревал.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: