«Эта классическая картина зависимости не выполняется для «очень грязных» сверхпроводников, — объясняет один из авторов статьи, Михаил Фейгельман из ИТФ имени Л.Д. Ландау. — Этим термином обозначают сверхпроводники, сделанные из сплавов металлов с сильно нарушенной кристаллической решеткой, практически аморфных. Критическое магнитное поле продолжает примерно линейно увеличиваться при понижении температуры до сколь угодно низких значений, которые можно достичь в эксперименте. Этот факт был известен давно, но никакого внятного объяснения у него не было».

В новой работе ученые смогли понять, какова природа нетипичного поведения «очень грязных» сверхпроводников. Ключевым экспериментом, который позволил это понять, стало измерение еще одного важнейшего параметра сверхпроводников — критического тока. Это максимальное значение незатухающего тока, который может протекать в сверхпроводнике без потерь энергии на рассеяние в тепло. При бо́льших токах вещество теряет сверхпроводящие свойства, то есть в нем появляется сопротивление, и образец вещества начинает нагреваться. Физики измеряли, как критический ток в сверхпроводящей пленке из оксида индия зависит от магнитного поля. Ученые пропускали ток через пленку, находящуюся в магнитном поле, значение которого было чуть меньше критического, и наблюдали, при каком значении тока в образце разрушится сверхпроводящее поведение.

Подобные эксперименты проводились и раньше. Уникальность этой работы в том, что зависимость максимального сверхпроводящего тока от магнитного поля в «очень грязных» сверхпроводниках была измерена при магнитных полях, близких к критическим, и очень низких температурах. «Неожиданно оказалось, что критический ток очень простым образом зависит от того, насколько магнитное поле близко к критическому значению. Это степенная зависимость, степень равна 3/2», — говорит Фейгельман. Кроме того, ученые определили, как критическое поле в пленке оксида индия зависит от температуры.

«Глядя на результаты этих двух экспериментов, мы смогли понять, как они взаимосвязаны, — рассказывает Фейгельман. — Стабильное повышение критического магнитного поля при низких температурах в «очень грязных» сверхпроводниках происходит из-за того, что в сверхпроводящем состоянии, которое реализуется в сильном магнитном поле, существуют тепловые флуктуации так называемых абрикосовских вихрей (квантовые вихри сверхтока, которые появляются в сверхпроводниках под воздействием внешнего магнитного поля, которое именно таким образом проникает в сверхпроводник). И мы нашли способ, как описать эти флуктуации». Предсказания созданной авторами работы теории хорошо описывают полученные экспериментальные данные.

«Очень грязные» сверхпроводники, также называемые сильно неупорядоченными сверхпроводниками, представляют собой активную область исследований в современной физике. Обычно, чем больше «беспорядка» в металле, тем хуже он проводит электрический ток. При понижении температуры проводимость неупорядоченных металлов увеличивается. «Очень грязные» сверхпроводники ведут себя иначе: в обычном состоянии они являются слабыми диэлектриками и при охлаждении проводят ток все хуже и хуже, но по достижении критической температуры скачкообразно превращаются в сверхпроводники. «Сверхпроводник и диэлектрик — противоположные по свойствам состояния, именно поэтому удивительно, что в таких веществах они могут переходить одно в другое, — поясняет Фейгельман. — Хотя «очень грязные» сверхпроводники изучают уже 25 лет, полноценной теории, которая бы объясняла все их странности, до сих пор нет».

В последние годы интерес к неупорядоченным сверхпроводникам дополнительно возрос благодаря появлению новых областей, где такие вещества оказались очень востребованными. Например, «очень грязные» сверхпроводники идеально подходят для изоляции от всевозможных помех сверхпроводящих квантовых битов — элементарных вычислительных единиц квантового компьютера. Удобнее всего изолировать их от внешнего мира при помощи элементов с очень высокой индуктивностью. Она определяет, насколько силен будет магнитный поток, создаваемый протекающим в системе электрическим током. Индуктивность вещества тем больше, чем меньше в нем плотность проводящих элементов, а этот параметр уменьшается с ростом «грязи» в сверхпроводниках.