#сверхпроводимость

Физики впервые обнаружили, что один из самых классических типов сверхпроводников — соединение YbSb₂ — способен нарушать общепринятое правило физики об «обратимости времени». Раньше ученые считали, что подобным странным свойством обладают только редкие и сложные материалы. Это открытие показывает, что необычные квантовые явления могут скрываться и в гораздо более простых сверхпроводящих соединениях.

Ученые напрямую визуализировали квантовые структуры, которые лежат в основе высокотемпературной сверхпроводимости. Эксперимент восполнил давний пробел между поведением одиночных частиц и возникновением сверхпроводящего тока, показав, как изолированные электронные «дырки» внутри кристалла объединяются в квазиодномерные молекулы.

Исследователи из Московского физико-технического института с коллегами экспериментально обнаружили и объяснили эффект неполного преобразования электрического тока в сверхпроводящих наноструктурах. Оказалось, что при уменьшении ширины сверхпроводящих электродов ниже 400 нанометров нормальный ток перестает полностью превращаться в сверхпроводящий, что приводит к искажению измеряемых характеристик джозефсоновских переходов — сверхпроводящих составных элементов квантовых компьютеров и ультрачувствительных датчиков.

Сверхпроводимость очень чувствительна к внутренней организации материала, в котором проявляется. Чтобы уговорить эту «птицу счастья» стабильно работать, физики тщательно следят практически за каждым атомом в сверхпроводниках и всеми воздействиями электромагнитных полей. Ученые могут контролировать хаотичные процессы в материалах, но могут их и использовать.

Куперовские пары — основа теории сверхпроводимости. Раньше считалось, что они взаимодействуют только в исключительных случаях и существуют в материале независимо друг от друга. Теперь ученые поняли, что это не так.

Графен продолжает приносить физикам пользу. На этот раз тонкий углеродный слой защитил от внешней среды полезное квантовое взаимодействие

Исследователи из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ совместно с коллегами из Франции и Китая доказали, что эффект, который научное сообщество долго считало несомненным доказательством наличия топологической сверхпроводимости (и, следовательно, наличия частиц Майораны), может возникать и по совершенно банальным причинам — из-за тепловых эффектов. Работа ставит под сомнение интерпретацию множества экспериментов, проведенных за последние годы в разных лабораториях мира.

Физики продолжают искать способы сделать сверхпроводимость стабильной при высоких температурах. Чтобы этого достичь, важно понимать, как и почему материал может утратить сверхпроводимость.

Группа российских ученых из Института радиотехники и электроники им. В. А. Котельникова РАН и МФТИ разработала новый тип генератора терагерцового излучения, который станет «сердцем» сверхчувствительных приемников для космических и наземных телескопов. Устройство способно создавать эталонный сигнал высочайшей чистоты. Это достижение решает одну из главных проблем современной астрофизики — создание компактных и надежных источников излучения для наблюдения за самыми холодными и далекими объектами Вселенной.

Объединить конфликтующие свойства помогли квазичастицы со специфическим зарядом. Если удастся подтвердить предложенную теорию экспериментом, то перед нами — новый тип квантовых материалов.

Ученые из лаборатории компьютерного дизайна материалов Центра фотоники и двумерных материалов МФТИ предложили новую теоретическую модель, которая объясняет загадочное поведение магнитных свойств в высокотемпературных сверхпроводниках. Ключевым открытием стало понимание того, что для корректного описания этих материалов необходимо учитывать, как их магнитные взаимодействия меняются во времени, а не только в пространстве. Этот динамический подход позволил разрешить давнее противоречие между теорией и экспериментом.

Команда исследователей с участием сотрудников МИЭМ ВШЭ показала, что дефекты в материале могут не снижать, а, наоборот, усиливать сверхпроводимость. Это возможно благодаря взаимодействию дефектных и более чистых областей, которое образует «квантовый клей» — однородную компоненту, связывающую разрозненные сверхпроводящие участки в единую сеть. Расчеты подтвердили, что такой механизм может помочь в создании сверхпроводников, работающих при более высоких температурах.

Сверхпроводимость — особое состояние материала, при котором электрический ток проходит через него без потерь энергии. Обычно в материалах с дефектами она возникает при очень низких температурах и в несколько этапов. Международная команда ученых, включая физиков МИЭМ ВШЭ, показала: если дефекты распределены внутри материала не случайно, а по определенной схеме, сверхпроводимость возникает при более высокой температуре и охватывает весь материал. Данные могут помочь в создании сверхпроводников, работающих без экстремального охлаждения.

Ученые из ФИАН и МФТИ показали, как меняются свойства сверхпроводников из семейства железосодержащих монокристаллов Ba122 от температуры. Они предложили теоретическое обоснование, объясняющее эти изменения. Понимание полученных зависимостей поможет в разработке новых материалов для сверхпроводящих проводов и лент, а также мощных магнитов.

Долго считалось, что один материал не может проявлять одновременно сверхпроводящие и магнитные свойства. Недавно физики нашли такой сверхпроводник — ромбоэдрический графен.

Ученым пришлось значительно доработать установку сканирующей туннельной микроскопии, чтобы обеспечить чистоту поверхности образцов. Когда они сумели это сделать, смогли и найти искомое состояние.

Студенческий проект по изучению трехкомпонентного сплава привел к открытию нового нетрадиционного сверхпроводника. Тройное соединение никеля, железа и циркония показало куполообразную форму температуры сверхпроводящего перехода.

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.

В России создают новые источники микроволнового излучения, изучают сложные квантовые эффекты в полупроводниках, исследуют свойства вещества при сверхвысоких давлениях и многое другое. В этом небольшом тексте мы не сможем затронуть все проводимые исследования в такой большой стране, как наша, и даже упомянуть все институты и университеты, которые ими заняты — но попробуем наметить основные тенденции.

Ученые из МФТИ и ВШЭ промоделировали влияние магнонов на сверхпроводимость в тонкопленочных гетероструктурах, состоящих из ферромагнитных и сверхпроводящих слоев (F/S) ферромагнетика и сверхпроводника. Оказалось, что в результате этого влияния меняются электронные свойства сверхпроводника, которые важны для приложений F/S гетероструктур в такой перспективной области исследований, как спинтроника: например, в создании термоэлектрических устройств, основанных на гигантском спин-зависящем эффекте Зеебека.

Международная коллаборация физиков под руководством ученых из Йельского университета в США представила самые убедительные на сегодня подтверждения существования нового типа сверхпроводящих материалов. Доказательство существования нематической фазы вещества — научный прорыв, открывающий путь к созданию сверхпроводимости совершенно новым способом.

Коллектив российских ученых провел теоретическое исследование взаимодействия ферромагнетизма и сверхпроводимости в двумерной гетероструктуре. Им удалось продемонстрировать, как в подобных системах возможно управлять сверхпроводимостью и спиновым расщеплением с помощью внешнего воздействия.

Австрийские ученые поняли, что происходит с электронами в сверхпроводнике в особом случае. Они нашли причину необычного поведения элементарных частиц и смогли построить модель, описывающую это поведение.

Физики из США и Японии спроектировали и произвели материал с волнообразной структурой, необычными сверхпроводящими и металлическими свойствами. Материал предварительно спроектировали теоретически, и после изготовления он показал все запланированные свойства.

Сотрудники кафедры физики твердого тела и наносистем Института ЛаПлаз НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива впервые получили прямое экспериментальное доказательство явления спаривания носителей заряда в реальном пространстве в семействе высокотемпературных сверхпроводящих оксидов на основе соединения бария, висмута и кислорода (BaBiO3) и выяснили природу аномальных свойств системы. Сделан еще один важный шаг в направлении разгадки природы высокотемпературной сверхпроводимости.

Команда исследователей с участием физиков из НИУ ВШЭ повторила эксперимент 1969 года, связанный с изучением сверхпроводимости и ее свойств. Это первая удачная попытка за 55 лет. Ученые включали сверхпроводимость — специально ухудшали границы между слоями сверхпроводника и ферромагнетиков в системе — и получили лучшие характеристики спиновых клапанов по сравнению с классическим вариантом, где контакты между слоями идеальны. Такой подход может помочь при создании более эффективных устройств для хранения данных и вычислений.

Сотрудники лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ под руководством профессора Олега Астафьева напрямую продемонстрировали фундаментальный процесс обмена энергией между одиночной квантовой системой и электромагнитным импульсом. Ученым удалось увидеть временные осцилляции амплитуды управляющего импульса, распространяющегося в волноводе, соответствующие поглощению и излучению фотона одиночной двухуровневой квантовой системой, сильно связанной с волноводом. В частности, удалось впервые записать нестационарные спектрограммы излучения двухуровневой квантовой системы под действием коротких сигналов накачки.

Ученые Йельского университета и Национальной лаборатории Брукхейвена повысили время работы сверхпроводящих квантовых устройств за счет нового подхода к дизайну микросхем и выбору материалов. Новая парадигма позволила увеличить время когерентности кубитов до одной миллисекунды. Результаты опубликованы в журнале Nature communications.

Ученые МИЭМ НИУ ВШЭ и МФТИ показали, что в сверхпроводниках могут появляться очень сложные пространственные структуры, похожие на узоры, наблюдаемые в природе. Математически такие узоры описываются с помощью уравнения Гинзбурга — Ландау вблизи особой комбинации параметров, называемой точка Богомольного.

Международная команда исследователей с участием ученых из НИУ ВШЭ и МПГУ создала новый фотодетектор из тонкой сверхпроводящей пленки, который способен обнаруживать слабое излучение терагерцевого диапазона. Это важно для изучения космических объектов, создания беспроводных широкополосных систем связи, а также спектроскопии.

Алмазы известны не только своей привлекательной формой и прозрачностью, но и рядом физико-механических свойств: высокой твердостью, теплопроводностью, большим показателем преломления. Чтобы применять алмазы в оптике, электронике и электрохимии, их подвергают металлизации — наносят на матрицу алмаза тонкий слой переходного металла. Группа ученых из Сколтеха, Физического института имени П. Н. Лебедева РАН и других ведущих научных организаций выяснила, как улучшить адгезию алмаза — то есть связь между алмазом и переходным металлом — с помощью ниобия.

Ученые из МИЭМ НИУ ВШЭ научились запускать сверхпроводящий ток с помощью «жидкого света». Так называют экситон-поляритоны — гибридные частицы, образующиеся в результате взаимодействия света и материи, обладающие одновременно свойствами как света, так и материальных частиц. Возможность управлять электрической системой с помощью оптической может пригодиться при создании технологий будущего, в том числе квантовых компьютеров.

Ученые из МФТИ и ИРЭ имени В. А. Котельникова РАН определили условия получения сверхпроводящих пленок из нитрида ниобия титана с оптимальными свойствами: малой глубиной проникновения магнитного поля, высокой температурой перехода в сверхпроводящее состояние и высокой удельной проводимостью. Полученный результат поможет синтезировать высококачественные пленки для элементов устройств сверхпроводниковой электроники.

Ученые Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ обнаружили ошибку в одном из методов измерения ток-фазового соотношения джозефсоновских контактов (аналога вольт-амперной характеристики для сверхпроводников), объяснили ее и предложили правильный алгоритм измерения. Эта методологическая работа поможет правильно интерпретировать экспериментальные результаты, подбирать оптимальные материалы и параметры для точного измерения.

Ученые из Сколтеха, Педагогического университета Цзянсу и других исследовательских институтов предсказали существование неожиданных соединений лития и цезия, которые образуются под высоким давлением. Для этих новых веществ характерны нетрадиционные химические свойства, невиданные кристаллические структуры и сверхпроводимость: при температуре ниже 223–213 градусов Цельсия они проводят ток без сопротивления.

Ученые из Цзилиньского университета, Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления (Китай) и Сколковского института науки и технологий синтезировали полигидрид лантана-церия — вещество, которое может упростить дальнейшие исследования сверхпроводников. С точки зрения необходимого охлаждения и сжатия новый полигидрид представляет собой компромисс между аналогичными соединениями двух этих металлов по отдельности, и на нем легче ставить эксперименты. Конечная цель — найти материал, который будет проводить электрический ток без сопротивления при комнатной температуре и атмосферном давлении.

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.

Супергидриды — соединения, в состав которых входит очень большое количество водорода — проявляют сверхпроводимость при очень высоком давлении и температурах, близких к комнатной. Подбор состава супергидрида серы и углерода позволил значительно снизить давление сверхпроводящего перехода.

Международная группа ученых под руководством профессора Сколтеха и НИТУ МИСиС Артема Оганова и доктора Ивана Трояна из Института кристаллографии РАН теоретически и экспериментально исследовала новый высокотемпературный сверхпроводник — гидрид иттрия (YH6).

Ученые из России, США и Китая под руководством профессора Сколтеха Артема Оганова установили неожиданную структуру гидрида европия, рекордной сложности.

Кристалл из метана и гидрида серы под сверхвысоким давлением сохранял сверхпроводимость при температуре выше нуля градуса Цельсия.

Ученые под руководством профессора Сколтеха и МФТИ Артема Оганова и доктора Ивана Трояна из Института кристаллографии РАН смогли синтезировать новый сверхпроводящий материал ‒ декагидрид тория (ThH10) с очень высокой критической температурой (161 К).

Работу возглавил Михаил Еремец, физик из Института химии Макса Планка (Германия), который в 2014 году установил предыдущий рекорд высокотемпературной сверхпроводимости на уровне 203 Кельвинов (минус 70° С).

Ученые из Сколтеха продемонстрировали высокотемпературную сверхпроводимость для гидридов актиния и обнаружили общий принцип, по которому можно вычислить их сверхпроводимость, используя лишь таблицу Менделеева.

Международная группа физиков получила сверхпроводник из хирального материала, показав, что в нем может возникать ток, текущий лишь в одном направлении.

Британские ученые нашли способ сделать из графена сверхпроводник и обнаружили его многообещающие свойства.