Физика

Вихри Абрикосова поймали с помощью нанопровода

Andrey Rogachev/Kevin Davenport/Ella Maru Studio/Indicator.Ru

Сотрудники МФТИ, МГУ и Института физики твердого тела РАН впервые смогли «увидеть» проникновение вихрей Абрикосова через границу сверхпроводника с ферромагнетиком. Для этого исследователи создали ферромагнитный нанопровод, к которому подвели сверхпроводящие электроды. Работа ученых опубликована в журнале Scientific Reports.

Сверхпроводники — это материалы, которые ниже определенной температуры приобретают способность проводить электроэнергию без сопротивления. Еще одно удивительное свойство сверхпроводников — выталкивание магнитного поля из своего объема. Это происходит за счет того, что по поверхности сверхпроводника начинает течь ток.

Но сверхпроводники второго рода при температуре ниже критической способны пропускать магнитный поток в виде квантованных вихрей. Это явление было впервые предсказано лауреатом Нобелевской премии по физике Алексеем Абрикосовым и названо его именем. Абрикосовский вихрь — это вихрь сверхпроводящего тока с несверхпроводящим ядром, обычно представляющим собой ферромагнетик.

В новом исследовании российские ученые проанализировали систему из двух сверхпроводящих ниобиевых электродов, соединенных никелевым нанопроводом. Оказалось, что сопротивление нанопровода при изменении магнитного поля сильно зависит от эффектов на границе между сверхпроводником и ферромагнетиком.

Микроизображение системы из двух сверхпроводящих ниобиевых электродов, соединенных никелевым нанопроводом

O. V. Skryabina et al.

Сначала физики рассмотрели систему в обычном состоянии, когда ее температура была выше критической, а магнитное поле одинаково проникало во все части структуры. С ростом магнитного поля сопротивление образца менялось слабо. Ученые опустили рабочую температуру ниже критической. При этом ниобиевые электроды перешли в сверхпроводящее состояние. Но тем не менее ученые зафиксировали сильный рост сопротивления системы. Он мог происходить только за счет вклада в сопротивление граничных областей «сверхпроводник — ферромагнетик». В то же время по ниобию потекли экранирующие токи, в результате чего сверхпроводник начал выталкивать магнитное поле. При этом исследователи наблюдали пилообразную форму зависимости сопротивления от приложенного магнитного поля.

Именно проникновение или выход вихря из материала обуславливает вид кривой электрического сопротивления. Никелевый нанопровод в данной системе действует как громоотвод, «притягивающий» магнитное поле. Контакт с ним ослабляет сверхпроводимость в ниобиевых электродах, а значит, и локализует место проникновения вихрей Абрикосова.

Работа ученых демонстрирует существенное отличие привычных электрических схем по отношению к сверхпроводящим цепям и показывает, что необходимы более глубокие исследования в области гибридных сверхпроводниковых устройств для достижения прогресса в области сверхпроводящих цифровых и квантовых компьютеров, а также сверхчувствительных сенсоров.

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.