Fizikai atrado paradoksalų „labai nešvarių“superlaidininkų elgesį žemoje temperatūroje. Šios perspektyvios medžiagos gali būti panaudotos kvantiniam kompiuteriui sukurti. Suprasdami, kodėl tokios medžiagos neatitinka standartinės superlaidumo teorijos, mokslininkai galės sukurti labiausiai izoliuotas kvitas - kvantinių kompiuterių elementariuosius skaičiavimo vienetus. Tyrėjų komandos, dalyvaujant L. D. darbuotojams, darbas Landau RAS buvo paskelbtas žurnale „Nature Physics“.
Superlaidininkai yra medžiagos, kurioms esant tam tikroms sąlygoms, elektrinė varža visiškai išnyksta. Tai reiškia, kad elektros srovė gali tekėti per laidus, pagamintus iš šios medžiagos, be nuostolių, o įprastuose laiduose dalis energijos išsisklaido kaip šiluma. Superlaidumas buvo atrastas XX amžiaus pradžioje, tačiau pirmąją fenomenologinę teoriją, paaiškinančią daugelį jos savybių, 1950 m. Sukūrė Levas Landau ir Vitalijus Ginzburgas. Po septynerių metų amerikiečiai Harry Bardeenas, Leonas Cooperis ir Johnas Schriefferis sukūrė bendrąją superlaidumo teoriją (vadinamąją BCS teoriją), kuri iškart pelnė Nobelio premiją - didžiulė šio reiškinio svarba buvo tokia akivaizdi.
- „Salik.biz“
Be kita ko, BCS teorija numatė, kaip superlaidininkai turėtų elgtis magnetiniame lauke. Kai laukai yra maži, tokios medžiagos jas „išstumia“iš savęs, likdamos superlaidžios. Ši pagrindinė savybė vadinama Meissnerio efektu. Jei toliau didinsime lauką, tam tikru momentu superlaidžios savybės staiga išnyks. Reikšmė, kuria magnetinis laukas slopina medžiagos superlaidumą, vadinama kritiniu magnetiniu lauku. Tai priklauso nuo temperatūros: kuo šaltesnis, tuo didesnis kritinis laukas. T. y., Kai superlaidininko temperatūra yra artima kritinei, pakanka net mažų magnetinių laukų, kad jis išeitų iš superlaidžio būsenos,tačiau esant labai stipriam aušinimui (iki 1/5 kritinės temperatūros ir žemiau) šis dėsningumas išnyksta ir kritinis magnetinis laukas nustoja priklausyti nuo temperatūros. Dabar, norint pašalinti medžiagą iš superlaidžio būsenos, reikia pritaikyti tokio paties stiprumo magnetinį lauką - nesvarbu, ar superlaidininkas išlieka tokioje temperatūroje, ar net atvėsta.
„Šis klasikinis priklausomybės vaizdas neatitinka„ labai nešvarių “superlaidininkų“, - aiškina vienas iš straipsnio autorių Michailas Feigelmanas iš Fizikos instituto, pavadinto L. D. Landau. - Šis terminas reiškia superlaidininkus, pagamintus iš metalo lydinių, su labai pažeista kristaline garde, beveik amorfine. Kritinis magnetinis laukas ir toliau didėja maždaug tiesiškai mažėjant temperatūrai iki savavališkai žemų verčių, kurias galima pasiekti eksperimentu. Šis faktas buvo žinomas ilgą laiką, tačiau jis neturėjo aiškaus paaiškinimo “.
Naujajame darbe mokslininkai sugebėjo suprasti, koks yra netipiško „labai nešvaraus“superlaidininkų elgesio pobūdis. Pagrindinis eksperimentas, kuris leido tai suprasti, buvo kito svarbiausio superlaidininkų parametro - kritinės srovės - išmatavimas. Tai yra maksimali ištvermingos srovės, kuri gali tekėti superlaidininku, neprarandant energijos, kad ji išsisklaidytų į šilumą, vertė. Esant didesnėms srovėms, medžiaga praranda savo superlaidžio savybes, tai yra, joje atsiranda atsparumas, o medžiagos mėginys pradeda kaisti. Fizikai išmatavo, kaip kritinė srovė superlaidžioje indžio oksido plėvelėje priklauso nuo magnetinio lauko. Mokslininkai pro plėvelę, kuri buvo magnetiniame lauke, praleido srovę, kurios vertė buvo šiek tiek mažesnė už kritinę, ir stebėjo, kokia pavyzdžio srovės vertė superlaidžiajam elgesiui bus sunaikinta.
Panašūs eksperimentai buvo atlikti ir anksčiau. Šio darbo unikalumas yra tas, kad didžiausio superlaidžiojo srovės priklausomybė nuo magnetinio lauko, esant „labai nešvariems“superlaidininkams, buvo matuojama magnetiniuose laukuose, arti kritinės ir labai žemos temperatūros. „Keista, bet paaiškėjo, kad kritinė srovė labai paprastai priklauso nuo to, kiek arti magnetinio lauko yra kritinė vertė. Tai galios ir įstatymų santykis, laipsnis yra 3/2 “, - sako Feigelmanas. Be to, mokslininkai nustatė, kaip kritinis laukas indžio oksido plėvelėje priklauso nuo temperatūros.
„Pažvelgę į šių dviejų eksperimentų rezultatus, mes sugebėjome suprasti, kaip jie yra susiję“, - sako Feigelmanas. - Stabilus kritinio magnetinio lauko padidėjimas esant žemai temperatūrai „labai nešvariuose“superlaidintuvuose atsiranda dėl to, kad esant superlaidžiam būsenai, kuri realizuojama stipriame magnetiniame lauke, yra vadinamųjų Abrikosovo sūkurių (kvantinių super srovių sūkurių, atsirandančių superlaidininkuose, šiluminiai svyravimai. išorinio magnetinio lauko, kuris tokiu būdu prasiskverbia į superlaidininką, poveikis). Ir mes radome būdą apibūdinti šiuos svyravimus “. Autorių sukurtos teorijos prognozės gerai apibūdina gautus eksperimentinius duomenis.
„Labai nešvarūs“superlaidininkai, dar vadinami labai netvarkingais superlaidininkais, yra aktyvi šiuolaikinės fizikos tyrimų sritis. Paprastai kuo daugiau „sutrikimų“turi metalas, tuo blogiau jis veda elektros srovę. Mažėjant temperatūrai, netvarkingų metalų laidumas didėja. „Labai nešvarūs“superlaidininkai elgiasi skirtingai: esant normaliai būsenai jie yra silpni dielektrikai ir, atvėsę, praleidžia srovę blogiau ir blogiau, tačiau, pasiekę kritinę temperatūrą, staiga virsta superlaidininkais. „Superlaidininkas ir dielektrikas savo savybėmis yra priešingos būsenos, todėl stebina, kad tokiose medžiagose jie gali virsti vienas kitu“, - aiškina Feigelmanas. - Nors „labai nešvarūs“superlaidininkai buvo tiriami jau 25 metus, visavertė teorija,kuris paaiškintų visus jų keistumus, vis dar nėra “.
Reklaminis vaizdo įrašas:
Pastaraisiais metais susidomėjimas netvarkingais superlaidininkais papildomai išaugo dėl naujų sričių, kuriose tokios medžiagos yra labai paklausios, atsiradimo. Pavyzdžiui, „labai nešvarūs“superlaidininkai yra idealūs norint atskirti superlaidžius kvantinius bitus nuo bet kokių trukdžių - kvantinio kompiuterio elementariųjų skaičiavimo vienetų. Patogiausia juos atskirti nuo išorinio pasaulio, naudojant labai aukštą induktyvumą turinčius elementus. Tai nustato, kokį stiprų magnetinį srautą sukurs sistemoje tekanti elektros srovė. Medžiagos induktyvumas yra didesnis, kuo mažesnis joje esančių laidžių elementų tankis, ir šis parametras mažėja didėjant „nešvarumams“superlaidininkuose.