A fizikusok magyarázatot találtak a "nagyon piszkos" szupravezetők paradox helyzetére alacsony hőmérsékleten. Ezek az ígéretes anyagok felhasználhatók kvantumszámítógép létrehozására. Ha megérti, hogy ezek az anyagok miért nem felelnek meg a szupravezető képesség szokásos elméletének, a tudósok képesek lesznek létrehozni a legszigeteltebb kviteket - a kvantumszámítógépek elemi számítási egységeit. Kutatócsoport munkája, az L. D. alkalmazottai részvételével A Landau RAS a Nature Physics folyóiratban jelent meg.
A szupravezetők olyan anyagok, amelyekben bizonyos körülmények között az elektromos ellenállás teljesen eltűnik. Ez azt jelenti, hogy az elektromos áram veszteség nélkül áramolhat az ezen anyagból készült vezetékeken, míg a hagyományos vezetékekben az energia egy része hőként eloszlik. A szupravezetõképességet a 20. század elején fedezték fel, de az elsõ fenomenológiai elméletet, amely sok tulajdonságát megmagyarázta, 1950-ben fejlesztette ki Lev Landau és Vitaly Ginzburg. Hét évvel később az amerikaiak, Harry Bardeen, Leon Cooper és John Schrieffer elkészítették a szupravezetõ képesség általános elméletét (az úgynevezett BCS-elméletet), amely azonnal elnyerte a Nobel-díjat - a jelenség hatalmas jelentõsége annyira nyilvánvaló volt.
Egyebek mellett a BCS elmélet jósolta, hogy a szupravezetők hogyan viselkedjenek mágneses mezőben. Amikor a mezők kicsik, az ilyen anyagok "kiszorítják" őket magukból, miközben szupravezetőek maradnak. Ezt az alapvető tulajdonságot Meissner-effektusnak nevezzük. Ha folytatjuk a mező növekedését, akkor egy bizonyos ponton a szupravezető tulajdonságok hirtelen eltűnnek. Azon értéket, amelyen a mágneses mező elnyomja az anyag szupravezető képességét, kritikus mágneses mezőnek nevezzük. A hőmérséklettől függ: minél hidegebb, annál nagyobb a kritikus mező. Vagyis amikor a szupravezető hőmérséklete közel van a kritikus hőmérsékletig, akkor is még kis mágneses mezők is elegendőek ahhoz, hogy kihozzuk a szupravezető állapotból,nagyon erős hűtés esetén (a kritikus hőmérséklet legfeljebb 1/5-ig és ennél alacsonyabb hőmérsékleten) ez a szabályosság eltűnik, és a kritikus mágneses mező már nem függ a hőmérséklettől. Most, hogy egy anyagot szupravezető állapotból eltávolítsunk, ugyanolyan nagyságrendű mágneses teret kell alkalmazni - nem számít, vajon a szupravezető ezen a hőmérsékleten marad-e, vagy akár lehűlt.
"Ez a függőség klasszikus képe nem vonatkozik a" nagyon piszkos "szupravezetőkre" - magyarázza a cikk egyik szerzője, Mihail Feigelman, a L. D. nevű Fizikai Intézetből. Hintó. - Ez a kifejezés olyan fémötvözetekből készült szupravezetőket jelöl, amelyek erősen sérült, majdnem amorf kristályráccsal rendelkeznek. A kritikus mágneses tér körülbelül lineárisan tovább növekszik a hőmérséklet csökkenésével, tetszőlegesen alacsony értékre, amelyet kísérletileg lehet elérni. Ezt a tényt már régóta ismerték, de nem volt világos magyarázata."
Az új munkában a tudósok megértették, hogy mi a "nagyon piszkos" szupravezetők atipikus viselkedésének jellege. A legfontosabb kísérlet, amely lehetővé tette ennek megértését, a szupravezetők másik legfontosabb paramétere - a kritikus áram - mérése volt. Ez a tartósáram maximális értéke, amely egy szupravezetőben áramolhat energia veszteség nélkül, és hőre szóródhat. Nagyobb áramok mellett az anyag elveszíti szupravezető tulajdonságait, vagyis az ellenállás megjelenik benne, és az anyag mintája felmelegszik. A fizikusok meghatározták, hogy a szupravezető indium-oxid filmben a kritikus áram függ a mágneses mezőtől. A tudósok egy olyan mágneses mezőben átmenő áramot hajtottak végre, amely egy mágneses mezőben volt, amelynek értéke valamivel kevesebb volt, mint a kritikus, és megfigyelték, hogy a mintában szereplő áram jelenlegi értékének mekkora értéke megsemmisül.
Hasonló kísérleteket végeztünk korábban. Ennek a munkanak az egyedisége az, hogy a "nagyon piszkos" szupravezetőkben a maximális szupravezető áram függését a mágneses mezőtől a kritikushoz közeli mágneses terekben és nagyon alacsony hőmérsékleten mértük. Meglepő módon kiderült, hogy a kritikus áram nagyon egyszerű módon attól függ, hogy milyen közel áll a mágneses mező a kritikus értékhez. Ez egy hatalmi-jogviszony, a mértéke 3/2”- mondja Feigelman. Ezenkívül a tudósok meghatározták, hogy az indium-oxid film kritikus tere függ a hőmérséklettől.
„A két kísérlet eredményeinek megismerésével megértettük, hogy ezek hogyan kapcsolódnak egymáshoz” - mondja Feigelman. - A "nagyon piszkos" szupravezetőkben a kritikus mágneses mező stabil növekedése alacsony hőmérsékleten annak következménye, hogy az erős mágneses mezőben megvalósuló szupravezető állapotban vannak az úgynevezett Abrikosov örvények (kvantum-szuperáramú örvények, amelyek a szupravezetőknél jelennek meg alatt) egy külső mágneses mező hatása, amely így áthatol a szupravezetőn). És megtaláltuk a módját ezeknek a ingadozásoknak a leírására. " A szerzők által kidolgozott elmélet előrejelzései jól leírják a kapott kísérleti adatokat.
A "nagyon piszkos" szupravezetők, más néven erősen rendezetlen szupravezetők is, a modern fizika aktív kutatási területe. Általában minél több "rendellenesség" van egy fémnél, annál rosszabb az elektromos áram vezetése. A hőmérséklet csökkenésével a rendezetlen fémek vezetőképessége növekszik. A "nagyon piszkos" szupravezetők eltérően viselkednek: normál állapotban gyenge dielektrikumok, és lehűtve egyre rosszabb áramot vezetnek, de a kritikus hőmérséklet elérésekor hirtelen szupravezetőkké alakulnak. "A szupravezető és az dielektrikum tulajdonságai ellentétes állapotok, ezért meglepő, hogy ezekben az anyagokban átalakulhatnak egymásba" - magyarázza Feigelman. - Noha a „nagyon piszkos” szupravezetőket 25 éve vizsgálták, ez egy teljes értékű elmélet,amely megmagyarázná minden furcsa helyzetüket, még mindig nincs jelen.
Promóciós videó:
Az elmúlt években a rendezetlen szupravezetők iránti érdeklődés emellett megnőtt az olyan új területek megjelenése miatt, ahol az ilyen anyagok iránt nagy a kereslet. Például a "nagyon piszkos" szupravezetők ideálisak a szupravezető kvantumbitek elkülönítésére mindenféle interferenciától - a kvantumszámítógép elemi számítási egységeitől. A legkényelmesebb nagyon nagy induktivitással rendelkező elemek elkülönítése a külvilágtól. Meghatározza, hogy a mágneses fluxust milyen erősen fogja létrehozni a rendszerben áramló elektromos áram. Egy anyag induktivitása annál nagyobb, annál alacsonyabb az abban lévő vezető elemek sűrűsége, és ez a paraméter csökken a "szennyeződés" növekedésével a szupravezetőkben.