#сверхпроводники

Топологические изоляторы проводят ток только по поверхности и поэтому рассматриваются как перспективные материалы для будущей электроники и квантовых технологий. Особый интерес представляет их контакт со сверхпроводниками. Физики из НИУ ВШЭ показали, что недавний эксперимент, в котором в такой гибридной структуре якобы наблюдалось объединение электронных пар на рекордном расстоянии 1,5 мкм, допускает более прозаичное объяснение. По их мнению, тот же сигнал может быть обусловлен обычным прохождением электронов через сверхпроводник. Дискуссия исследователей развернулась на страницах Nature Physics.

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.

Американские исследователи впервые смогли напрямую увидеть «квантовый скачок» звука — скачкообразный переход фонона, минимальной единицы звуковой энергии, между энергетическими уровнями в реальном времени. Это наблюдение завершило столетнюю историю поисков, начатую еще на заре квантовой физики, и открыло дорогу к созданию устойчивых квантовых компьютеров и сверхчувствительных датчиков.

Ученые из МФТИ с коллегами из МГУ построили аналитическую теорию вихря Абрикосова, оказавшегося внутри отдельного зерна сверхпроводящей пленки. Это микроскопический вихрь электрического тока, который течет внутри сверхпроводника второго рода вокруг крошечной несверхпроводящей области  ядра вихря.

Есть фундаментальные физические законы, а есть модели, описывающие ограниченное количество систем в строго определенных условиях. Когда накапливается критическое количество экспериментальных данных, которые не подтверждают модель, физикам приходится пересматривать теорию или находить скрытые механизмы, объясняющие расхождение данных с экспериментом.

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.

Исследователи МФТИ обнаружили, что общепринятая теоретическая модель, которая десятилетиями служила стандартом для описания систем, состоящих из сверхпроводников и магнетиков, работает далеко не всегда, и предложили куда более точную картину.

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.

Сотрудники Института физики микроструктур РАН (филиал ИПФ РАН) приняли участие в разработке детектора одиночных микроволновых фотонов и провели цикл измерений по исследованию статистики тепловых фотонов в лаборатории «Сверхпроводниковая наноэлектроника» Центра квантовых технологий в НГТУ. Ученым удалось впервые в мире зафиксировать одиночные фотоны в области 14 ГГц, имеющие тепловую природу.

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.

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.

Участники мероприятия узнают историю применения сверхпроводящих магнитных систем на ускорителях в Объединенном институте ядерных исследований.

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.

Нанотехнологи исследуют физические явления, которые можно применить в электронике нового поколения. Ученые университета «Дубна» впервые продемонстрировали захват магнитной прецессии осцилляциями сверхпроводящего тока в наноструктурах «сверхпроводник-ферромагнетик-сверхпроводник» под действием внешней электромагнитной волны.

Исследователи из Сколтеха и их коллеги из МФТИ и китайского Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления изучили с использованием суперкомпьютера устойчивость причудливых соединений водорода, лантана и магния, которые существуют при высоких давлениях. Работа показывает, при каких условиях стабильны образованные этими тремя элементами соединения. Некоторые из них являются сверхпроводниками, а пять гидридов или лантана, или магния — без атомов второго металла — описаны учеными впервые.

Ученые МФТИ совместно с коллегами из Англии, Швейцарии и Китая изучили свойства тонкослойной гетероструктуры «платина — ниобий». Проведенные ими эксперименты и теоретические расчеты подтвердили, что при контакте со сверхпроводником в платине возникает спин, который можно использовать как носитель информации. Платина не обладает собственным магнитным моментом, что в перспективе дает возможность создавать на базе новой структуры еще более миниатюрные чипы, чем в «традиционной» спинтронике.

Исследователи из Сколтеха, Института кристаллографии РАН и Центра высоких давлений HPSTAR в Пекине (Китай) продолжают работу над проектом по изучению сверхпроводимости гидридов — соединений металлов с водородом, образующихся при высоком давлении. Такие соединения, как ожидают ученые, смогут работать при более высоких температурах, чем купратные сверхпроводники.

Физики получили сверхпроводник из чистого скандия. Под экстремальным давлением, достигающим 3/4 от давления в центре Земли, этот металл демонстрирует нулевое сопротивление току при довольно умеренных температурах.

Ученые МФТИ и ОИВТ РАН создали модель кинетики образования металлического водорода во флюидном состоянии.

Ученые Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ с коллегами обнаружили, что в многообещающей для новой электроники системе на основе топологического изолятора, состоящего из висмута, сурьмы, теллура и селена, с ниобиевыми контактами возникает еще один сверхпроводящий участок со своим критическим током. Сделанное открытие, с одной стороны, накладывает ограничения, а с другой — проясняет структуру интерфейса в устройствах данного типа.

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.

Специалисты из Университета Лобачевского, НИИ ядерной физики МГУ имени М. В. Ломоносова и Московского технического университета связи и информатики разработали гибрид нейросети и квантовых вычислений, который может одновременно обрабатывать большие массивы фото- и видеоизображений, а также принимать и передавать сверхслабые сигналы в космических и астрономических исследованиях.

Ученые ННГУ разработали дизайн базовой ячейки сверхпроводниковых нейронных сетей. Предложенный прототип работает с низкими энергозатратами и высокой производительностью. Нейрон потребляет в 100 раз меньше энергии, чем его полупроводниковые аналоги, а обработка данных может быть выше в 10-100 раз в зависимости от конфигурации нейросети.

Ученые Сколтеха и их китайские коллеги экспериментально продемонстрировали сверхпроводимость у супергидридов церия, сделав важный шаг на пути к созданию материалов, способных переходить в сверхпроводящее состояние при комнатной температуре и более низких давлениях.

Ученые из МФТИ, МГУ и ИФТТ РАН показали возможность детектирования проникновения абрикосовских вихрей через границу сверхпроводника с ферромагнетиком. Устройство представляет собой ферромагнитный нанопровод, к которому подведены сверхпроводящие электроды.

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 обнаружили способность непроводящего висмута, легированного сурьмой, проводить сверхпроводящий ток внутри своего объема. Это повысит надежность квантовых систем.

Гидриды лантана демонстрируют сверхпроводимость при рекордно высоких температурах.

Российские физики из МФТИ совместно с иностранными коллегами провели пионерские экспериментальные исследования вещества, одновременно сочетающего свойства сверхпроводника и ферромагнетика.

Ученые из Университета Флориды побили мировой рекорд мощности магнита: новый композит на треть сильнее предыдущего чемпиона и в тысячи раз сильнее обычного магнетита.

Российские ученые провели новое теоретическое исследование в области фундаментальной физики p-волновых сверхпроводников, что может привести к значительному развитию сверхпроводящей электроники.