Информационный научно-популярный портал
НАУКА в РФ и за рубежом
глазами блогера (работает с 01.09.2018, еженедельник, просмотров 40644)

Контакты (с 11 до 19): 8-903-899-44-37 Лилия или lili@k156.ru
на главную

РФ

Институты и конференции

Международные с РФ

Зарубежные

ВСЕ НОВОСТИ

Последние добавления

Все новости
(последние 10 )

2018-12-08
Создан материал с управляемой жесткостью
Подробнее

2018-12-08
Реакция клеток деревьев на климатические изменения
Подробнее

2018-12-07
Физики приблизились к управлению химическими реакциями
Подробнее

2018-12-06
Новая модель ионосферы Земли и предсказания землетрясений
Подробнее

2018-12-05
Искусственный орган на МКС напечатали на 3D-принтере
Подробнее

2018-12-03
Зонд OSIRIS-Rex вышел на орбиту астероида Бенну
Подробнее

2018-12-01
Зарегистрировано четыре новых слияния черных дыр
Подробнее

2018-12-01
Модуль магнитной компьютерной памяти нового типа
Подробнее

2018-12-01
Эффективные криптографические алгоритмы для квантовых сетей
Подробнее

2018-11-11
Новая форма кристаллического азота и экзопланеты
Подробнее

 

 

ТЕМЫ НОВОСТЕЙ: • Международные с РФ • Космос и физика • Микромир и химия

2018-10-09 (№ 111)
Найдена причина низкотемпературной аномалии в сверхпроводниках
РОССИЯ, ФРАНЦИЯ, ИЗРАИЛЬ, США, 9 октября - пресс служба СКОЛКОВО. Международная группа ученых, в состав которой вошел исследователь из Сколтеха, провела экспериментальное и теоретическое исследование свойств сильно неупорядоченных сверхпроводников при очень низких температурах. После серии экспериментов была предложена теория, хорошо описывающая аномалии, наблюдаемые в сверхпроводниках, объяснения которым ранее не находили. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics.

Явление сверхпроводимости было открыто группой голландского физика Камерлинг-Оннеса в 1911 году. Оно проявляется в полном исчезновении электрического сопротивления при понижении температуры и приводит к вытеснению магнитного поля из материала. Особый интерес для ученых представляют сильно неупорядоченные сверхпроводники, чьи атомы не образуют кристаллических решеток. С практической точки зрения, сильно неупорядоченные сверхпроводники –перспективные материалы для создания «квантовых битов» – элементов квантовых компьютеров.

При очень низких температурах в поведении сильно неупорядоченных cверхпроводниках наблюдается аномалия, которая не находила объяснения в традиционной теории сверхпроводимости. Она касается зависимости максимального магнитного поля, которое еще не разрушает сверхпроводимости, от температуры образца. Это максимальное поле (его называют «верхним критическим») растет с понижением температуры, но в обычных сверхпроводниках рост этот останавливается при температурах в несколько раз ниже чем температура перехода в сверхпроводящее состояние. Например, для исследованных в этой работе аморфных пленок оксида индия, которые становятся сверхпроводящими примерно при 3 градусах Кельвина (т. е. -270 градусов Цельсия), ожидалось бы прекращение роста критического магнитного поля при температурах ниже 0.5 К.

А эксперимент показывает, что рост критического поля с понижением температуры происходит вплоть до самых низких возможных температур (около 0.05 К в этом эксперименте) и никаких признаков его «остановки» не видно.

Ученые из Сколтеха, Института теоретической физики имени Ландау, Института Нееля (Франция), Института Вейцмана (Израиль) и университета Утах (США) продемонстрировали, что наблюдаемая аномалия в поведении сверхпроводников вызвана тепловыми колебаниями положений квантовых «вихрей Абрикосова». Именно в форме таких вихрей (трубок, каждая из которых несет магнитный поток, равный фундаментальному значению hc/2e, гдн h — постоянная Планка, c — скорость света, и e — заряд электрона) в неупорядоченный сверхпроводник проникает магнитное поле.

При абсолютном нуле температуры эти вихри неподвижны, жестко прикреплены к атомной структуре материала. Но уже самые низкие температуры приводят к «дрожанию» вихревых трубок около своих «мест прописки». В результате этого, уменьшается с температурой максимальное магнитное поле, которое можно приложить к материалу, все еще сохранив его сверхпроводящие свойства.

«Нам удалось связать между собой результаты двух разных типов измерений, введя понятие о тепловых флуктуациях вихрей Абрикосова» рассказывает, научный сотрудник Сколтеха и Института теоретической физики имени Ландау, Михаил Фейгельман.

Понимание поведения неупорядоченных сверхпроводников необходимо для их успешного применения при создании сверхпроводящих квантовых битов — основных элементов квантовых компьютеров. Уже несколько лет назад стало ясно, что многочисленные применения в этой области требуют очень маленьких элементов с большой индуктивностью (электрической «инерцией»). Именно сильно неупорядоченные сверхпроводники наиболее подходят для создания таких «сверхиндуктивных» элементов. «Прогресс в понимании поведения таких материалов поможет в создании хорошо защищенных от внешних помех квантовых битов», говорит Фейгельман.

Контакты: Skoltech Communications, +7 (495) 280 14 81, communications@skoltech.ru

Оригинальная статья https://www.nature.com/articles/s41567-018-0294-6





АудиоОбзорыСМИ Наука и IT [No1]

Физики объяснили низкотемпературную аномалию в разупорядоченных сверхпроводниках Физика Материалы Физики смогли 19 00 08 Окт . 2018 Сложность 6 .2 Физики объяснили низкотемпературную аномалию в разупорядоченных сверхпроводниках Визуализация вихрей в сверхпроводнике на основе оксида бария, иттрия и меди с помощью SQUID-микроскопии Frederick S . Wells et al . Scientific Reports.







новость на портале ИНДИКАТОР

Физики нашли объяснение парадоксальному поведению «очень грязных» сверхпроводников при низких температурах. Эти перспективные материалы можно будет использовать при создании квантового компьютера. Поняв, почему такие вещества не подчиняются стандартной теории сверхпроводимости, ученые смогут создавать максимально изолированные кубиты — элементарные вычислительные единицы квантовых компьютеров. Работа коллектива исследователей при участии сотрудников Института теоретической физики имени Л.Д. Ландау РАН опубликована в журнале Nature Physics.

Сверхпроводниками называют материалы, в которых при определенных условиях полностью пропадает электрическое сопротивление. Это означает, что электрический ток может протекать по проводам, которые сделаны из такого материала, без потерь, в то время как в обычных проводах часть энергии рассеивается в виде тепла. Сверхпроводимость открыли в начале XX века, но первую феноменологическую теорию, которая объяснила многие ее свойства, разработали в 1950 году Лев Ландау и Виталий Гинзбург. Спустя семь лет американцы Гарри Бардин, Леон Купер и Джон Шриффер создали общую теорию сверхпроводимости (так называемая теория БКШ), которая немедленно удостоилась Нобелевской премии — настолько очевидна была колоссальная значимость явления.

В числе прочего теория БКШ предсказывала, как сверхпроводники должны вести себя в магнитном поле. Когда поля небольшие, такие вещества «выталкивают» их из себя, оставаясь при этом сверхпроводящими. Это фундаментальное свойство называется эффектом Мейснера. Если продолжить увеличивать поле, в какой-то момент сверхпроводящие свойства резко пропадают. Значение, при котором магнитное поле подавляет в материале сверхпроводимость, называют критическим магнитным полем. Оно зависит от температуры: чем холоднее, тем критическое поле больше. То есть когда сверхпроводник находится при температуре, близкой к критической, достаточно даже небольших магнитных полей, чтобы вывести его из сверхпроводящего состояния, однако при очень сильном охлаждении (до 1/5 от критической температуры и ниже) эта закономерность исчезает и критическое магнитное поле перестает зависеть от температуры. Теперь, чтобы вывести материал из сверхпроводящего состояния, нужно приложить магнитное поле одной и той же величины — неважно, останется ли сверхпроводник при этой температуре или еще охладится.

«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 бо?льших 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.

Источник

 

Сайты партнеры

 

 

Фантастика
детектив

 

 

Неоднозначное мироздание

 

costroma.k156.ru

 

 

 

(с) ООО "Новый город".
Создание сайта - веб студия Новый город