Ученые из Йельского университета (США) и Свободного университета Берлина (ФРГ) провели непрямые измерения тока, который может неограниченно долго протекать в микроскопических закольцованных проводниках при отсутствии внешних источников энергии.

Обычно термин «незатухающий ток» используют при описании свойств сверхпроводников, однако в данном случае кольца изготавливались из обычных металлических (алюминиевых) проводов. Существование такого тока было предсказано теоретически, в рамках квантовой механики, несколько десятков лет назад. Аналогичное явление, поясняют исследователи, можно обнаружить в атомной физике: у атомов некоторых элементов основные электронные состояния сопряжены с ненулевым орбитальным угловым моментом, что эквивалентно протеканию тока по круговой орбите.

Одно из миниатюрных колец, использованных в эксперименте (иллюстрация Джека Харриса)

Прямо измерить незатухающий ток невозможно, поскольку он наблюдается в кольцевых проводниках с диаметрами около 1 мкм. Все проведенные ранее эксперименты по регистрации тока основывались на оценке создаваемого им магнитного поля с помощью чрезвычайно чувствительных магнитометров (так называемых сверхпроводящих квантовых интерференционных датчиков). К сожалению, результаты подобных измерений часто противоречили друг другу.

В своей работе авторы воспользовались наноразмерными кантилеверами, на концах которых располагались наборы колец разных диаметров (или отдельные кольца). Измерения проводились при низких температурах во внешнем магнитном поле, которое по своей индукции сильно превосходило критическое поле, полностью исключающее возможность перехода алюминия в сверхпроводящее состояние. Величина тока оценивалась по изменению резонансной частоты колебаний кантилевера под действием создаваемого током магнитного поля.

По утверждению ученых, применение такой методики на порядок увеличило точность получаемых данных.

Вверху: кантилевер с помещенными на него кольцами. Вектор магнитной индукции внешнего поля B направлен под углом θ к плоскости колец. Внизу слева: внешний вид кремниевых кантилеверов; масштабная полоска — 100 мкм. Красным выделена область, увеличенное изображение которой находится справа. (Иллюстрация из журнала Science)

Результаты измерений для набора из 1 680 колец радиусом 308 нм при Т = 365 мК и θ = 45˚ (А); набора из 990 колец радиусом 418 нм при тех же Т и θ (В); набора из 242 колец радиусом 793 нм при Т = 323 мК и θ = 6˚ (С) и кольца радиусом 418 нм при Т = 365 мК и θ = 45˚ (D). (Иллюстрация из журнала Science)

Препринт статьи