Российские и зарубежные физики нашли объяснение тому, как работают так называемые «грязные» сверхпроводники, существование которых противоречит классическим теориям сверхпроводимости. Их выводы были представлены в журнале Nature Physics .

«Сверхпроводник и диэлектрик – противоположные по свойствам состояния, и именно поэтому удивительно, что в "грязных» сверпроводниках они могут переходить одно в другое. «Очень грязные» сверхпроводники изучают уже 25 лет, однако полноценной теории, которая бы объясняла все их странности, до сих пор нет", — рассказывает Михаил Фейгельман, профессор Института теоретической физики РАН в Москве, чьи слова приводит пресс-служба института.

Магнитные войны

Все сверхпроводники обладают необычным свойством – они «не любят» магнитное поле и стремятся его вытолкнуть наружу в том случае, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определенное значение, то тогда сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится «обычным» материалом.

«Этим термином обозначают сверхпроводники, сделанные из сплавов металлов с сильно нарушенной кристаллической решеткой, практически аморфных. В обычном состоянии они являются слабыми диэлектриками и при охлаждении проводят ток все хуже и хуже. Но по достижении некой критической температуры они скачкообразно превращаются в сверхпроводники», — продолжает ученый.

Вдобавок, как отмечает Фейгельман, эти вещества «неправильно» реагируют на попытки подавить сверхпроводимость при помощи магнитных полей – их сопротивляемость действию линейно растет вплоть до абсолютного нуля, а не останавливается на определенной отметке, как это делают остальные сверхпроводники.

Ученые почти четверть века безуспешно пытаются объяснить подобные свойства «грязных» сверхпроводников, что мешает созданию квантовых компьютеров и других электронных устройств, где требуется максимальная изоляция от внешнего мира, на базе подобных материалов.

Буря в микромире

Фегельман и его коллеги смогли найти ответ на этот вопрос, наблюдая за тем, что происходило с «грязными» сверхпроводниками в тот момент, когда сила магнитного поля достигала этой критической отметки, а затем превышала ее. Для этого физики вырастили несколько пленок из оксида индия, обладающих подобными аномальными сверхпроводящими свойствами, и наблюдали за тем, как много тока они могут пропускать через себя в подобных условиях, не теряя при этом сверхпроводящие свойства и не нагреваясь. Эти наблюдения помогли российским физикам и их зарубежным коллегам открыть простую зависимостью между силой поля и тем, как много тока могло проходить через подобные пленки, и понять, что происходит внутри них.

Оказалось, что аномальные свойства «грязных» сверхпроводников были связаны с существованием так называемых вихрей Абрикосова — особых магнитных «воронок», кольцевых электрических токов, разделяющих сверхпроводящие и «обычные» области вещества. Российским ученым удалось выяснить, как изменения в их поведении при снижении или повышении температур влияют на «грязный» сверхпроводник и задают его вести себя не так, как это делают другие типы подобных материалов.

Как надеются ученые, собранные ими данные и подготовленные ими наборы формул, описывающие «грязные» сверхпроводники, ускорят разработку их высокотемпературных аналогов и помогут им найти свое место в науке и промышленности.