Достаточно сильное магнитное поле проникает в сверхпроводник в виде так называемых магнитных вихрей, каждый из которых несет на себе один квант магнитного потока. Вне области, занимаемой вихрями, сверхпроводимость сохраняется, но при пропускании через образец электрического тока вихри могут прийти в движение, что приведет к диссипации энергии и к появлению конечного сопротивления.

Достаточно сильное магнитное поле проникает в сверхпроводник в виде так называемых магнитных вихрей, каждый из которых несет на себе один квант магнитного потока. Вне области, занимаемой вихрями, сверхпроводимость сохраняется, но при пропускании через образец электрического тока вихри могут прийти в движение, что приведет к диссипации энергии и к появлению конечного сопротивления.

При практическом использовании сверхпроводников с этим борются, например, создавая в сверхпроводнике искусственные центры пиннинга, на которых вихри закрепляются и остаются неподвижными даже в присутствии тока. Исследование динамики магнитных вихрей представляет, таким образом, большой интерес. Хотя поведение вихревой решетки (а также вихревой жидкости и вихревого стекла) как целого изучалось очень детально, экспериментальные данные о динамике отдельных вихрей практически отсутствуют.

Рис.1. Использование магнитного силового микроскопа для наблюдения за отдельными магнитными вихрями в сверхпроводнике (a) и манипуляции ими (b, c)

В статье [1] группа физиков из США, Израиля и Канады сообщила о разработке методики наблюдения за отдельными магнитными вихрями с использованием магнитного силового микроскопа (МСМ). Когда острая игла МСМ приближается к поверхности сверхпроводника, на нее действует сила со стороны выходящего на эту поверхность магнитного вихря (рис. 1a). Измеряя отклонение иглы при сканировании вдоль поверхности, можно получить изображение “среза” вихревой системы.

Поскольку игла, в свою очередь, тоже действует на вихрь, то удается “зацепить” один-единственный вихрь и либо оторвать его от центра пиннинга, к которому он прикреплен (определив при этом силу пиннинга), либо “протащить” его по образцу, измеряя попутно взаимодействие вихря с потенциалом дефектов (рис. 1b), либо даже “намотать” один вихрь на другой (рис. 1c). Для эксперимента в [1] был использован недвойникованный монокристалл ВТСП YBa₂Cu₃O_6.991. Обнаружена, в частности, существенная анизотропия силы пиннинга. Анализ показал, что это может быть связано с образованием удлиненных кластеров из ≈ 10 кислородных вакансий вдоль цепочек Cu-O.

В дальнейшем новую методику предполагается использовать, в том числе, для изучения микроскопического механизма пиннинга. Более того, она может помочь и при выяснении механизма высокотемпературной сверхпроводимости. Например, измеряя силу, необходимую для перетаскивания вихря через образец, можно попытаться определить, движется ли этот вихрь по ”cтрайповой”, “шахматной” или флуктуирующей зарядово-упорядоченной структуре. Кроме того, стоит подумать о разработке нового типа логических устройств, в которых информацию будут переносить магнитные вихри (“флакстроника”). Не исключено также, что с помощью вихрей удастся управлять отдельными спинами в спинтронных или квантовых информационных устройствах.

Л. Опенов

• 1. O.M.Auslaender et al., Nature Phys. 5, 35 (2009)