Свръхпроводимостта е физическо явление, възникващо при ниски температури в много материали, което се проявява чрез изчезващо електрическо съпротивление и изхвърляне на магнитни полета от вътрешността на материала. Свръхпроводниците вече се използват за медицински изображения, бързи цифрови схеми или чувствителни магнитометри и имат голям потенциал за по-нататъшни приложения. Проводимостта на повечето технологично важни свръхпроводници обаче всъщност не е „супер“. В тези така наречени свръхпроводници тип II външно магнитно поле прониква в материала под формата на квантовани линии на магнитен поток. Тези поточни линии са известни като Абрикосов вихър, кръстен на Алексей Абрикосов, чието предсказание му донесе Нобелова награда за физика през 2003 г. Вече при умерено силни електрически токове вихрите започват да се движат и свръхпроводникът вече не може да носи тока без съпротивление.

свръхбързо

В повечето свръхпроводници състоянието с ниско съпротивление е ограничено от вихрови скорости от порядъка на 1 km/s, определящи практическите граници на използване на свръхпроводници в различни приложения. В същото време такива скорости не са достатъчно високи, за да се обърнат към богатата физика, родова към неравновесните колективни системи. Сега международен екип от учени от Университета на Виена, Университета на Гьоте във Франкфурт, Института за микроструктури на RAS, Националния университет на В. Каразин в Харков, Института за физика и инженерство на Б. Веркин на НАС откри нова свръхпроводяща система, в която квантите на магнитния поток могат да се движат със скорости 10-15 km/s. Новият свръхпроводник проявява рядка комбинация от свойства - висока структурна еднородност, голям критичен ток и бърза релаксация на нагретите електрони. Комбинацията от тези свойства гарантира, че феноменът на нестабилност на потока на потока - рязък преход на свръхпроводник от ниско-резистивно към нормално проводящо състояние - се осъществява при достатъчно големи транспортни токове.

„През последните години се появиха експериментални и теоретични трудове, насочващи към забележителен проблем; твърди се, че задвижваните от тока вихри могат да се движат дори по-бързо от свръхпроводящите носители на заряд.“, Казва Александър Доброволски, водещ автор на неотдавнашната публикация в Nature Communications и ръководител на лабораторията за свръхпроводимост и спинтроника във Виенския университет. „Тези изследвания обаче използваха локално неравномерни структури. Първоначално работехме с висококачествени чисти филми, но по-късно се оказа, че мръсните свръхпроводници са по-добри кандидат-материали за поддържане на ултрабърза вихрова динамика. Въпреки че присъщото закрепване в тях е не непременно толкова слаба, колкото при други аморфни свръхпроводници, бързата релаксация на нагретите електрони се превръща в доминиращ фактор, позволяващ свръхбързо вихрово движение. "

За своите изследвания изследователите са изработили Nb-C свръхпроводник чрез индуцирано отлагане чрез фокусиран йон в групата на проф. Майкъл Хът от университета Гьоте във Франкфурт на Майн, Германия. Забележително е, че в допълнение към свръх бързите вихрови скорости в Nb-C, технологията за нанофабрикация с директно запис позволява да се изработват сложни форми на нано-архитектури и 3D флуосонови схеми със сложна взаимосвързаност, които могат да намерят приложение в квантовата обработка на информация.

Предизвикателства пред изследванията на свръхбързата вихрова материя

"За да се достигне максималният ток, който може да носи свръхпроводник, т. Нар. Депариращ ток, се нуждаят от доста еднакви проби в макроскопична скала на дължината, която частично се дължи на малки дефекти в материала. Постигането на депариращия ток не е само основен проблем, но е важен и за приложенията; свръхпроводяща лента с ширина микрометър може да бъде превключена в резистивно състояние чрез единичен близък инфрачервен или оптичен фотон, ако лентата е отклонена от ток, близък до депариращата стойност на тока, както беше предсказано и потвърден в скорошни експерименти. Този подход отваря перспективи за изграждане на еднофотонни детектори с голяма площ, които биха могли да се използват например в конфокална микроскопия, квантова криптография в свободно пространство, оптична комуникация в дълбок космос ", казва Денис Водолазов, старши изследовател в Института за микроструктури на RAS, Русия.

Изследователите успешно проучиха колко бързо вихрите могат да се движат в мръсни Nb-C свръхпроводящи ленти, имащи критичен ток при нулево магнитно поле близо до обезвреждащия ток. Техните резултати показват, че нестабилността на потока на потока започва близо до ръба, където вихрите навлизат в пробата, поради локално увеличената плътност на тока. Това предлага прозрение за приложимостта на широко използваните модели на нестабилност на потока на потока и предлага Nb-C да бъде добър кандидат-материал за бързи еднофотонни детектори.