Fiziķi ir atraduši skaidrojumu "ļoti netīro" supravadītāju paradoksālajai uzvedībai zemā temperatūrā. Šos daudzsološos materiālus var izmantot kvantu datora izveidošanai. Izprotot, kāpēc šādas vielas nepakļaujas standarta supravadītspējas teorijai, zinātnieki varēs izveidot visizolētākās kvestu - kvantu datoru elementārās skaitļošanas vienības. Pētnieku grupas darbs, piedaloties L. D. Landau RAS tika publicēts žurnālā Nature Physics.
Supravadītāji ir materiāli, kuros noteiktos apstākļos elektriskā pretestība pilnībā izzūd. Tas nozīmē, ka elektriskā strāva var plūst caur vadiem, kas izgatavoti no šī materiāla, bez zaudējumiem, savukārt parastajos vados daļa enerģijas tiek izkliedēta kā siltums. Supravadītspēja tika atklāta 20. gadsimta sākumā, bet pirmo fenomenoloģisko teoriju, kas izskaidroja daudzas tās īpašības, 1950. gadā izstrādāja Ļevs Landau un Vitālijs Ginzburgs. Septiņus gadus vēlāk amerikāņi Harijs Bardēns, Leons Kūpers un Džons Šrīfers izveidoja vispārēju supravadītspējas teoriju (tā saucamo BCS teoriju), kas uzreiz ieguva Nobela prēmiju - tik acīmredzama bija fenomena kolosālā nozīme.
Cita starpā BCS teorija paredzēja, kā supravadītājiem vajadzētu izturēties magnētiskajā laukā. Kad lauki ir mazi, šādas vielas tos “izspiež” no sevis, vienlaikus paliekot supravadoši. Šo pamatīpašību sauc par Meisnera efektu. Ja mēs turpinām palielināt lauku, kādā brīdī supravadošās īpašības pēkšņi izzūd. Vērtību, pie kuras magnētiskais lauks nomāc materiāla supravadītspēju, sauc par kritisko magnētisko lauku. Tas ir atkarīgs no temperatūras: jo aukstāks, jo lielāks kritiskais lauks. Tas ir, ja supravadītājs atrodas temperatūrā, kas ir tuvu kritiskajai, pat ar maziem magnētiskajiem laukiem pietiek, lai to izvadītu no supravadītāja stāvokļa,tomēr ar ļoti spēcīgu dzesēšanu (līdz 1/5 no kritiskās temperatūras un zemāk) šī regularitāte izzūd un kritiskais magnētiskais lauks vairs nav atkarīgs no temperatūras. Tagad, lai materiālu noņemtu no supravadītāja stāvokļa, ir jāpiemēro tāda paša lieluma magnētiskais lauks - nav svarīgi, vai supravadītājs paliek šajā temperatūrā vai pat atdziest.
“Šis klasiskais atkarības attēls neattiecas uz“ļoti netīriem”supravadītājiem,” skaidro viens no raksta autoriem Mihails Feigelmans no L. D. nosauktā Fizikas institūta. Landau. - Šis termins apzīmē supravadītājus, kas izgatavoti no metāla sakausējumiem ar ļoti sabojātu kristāla režģi, gandrīz amorfu. Kritiskais magnētiskais lauks turpina pieaugt aptuveni lineāri, pazeminoties temperatūrai līdz patvaļīgi zemām vērtībām, kuras var sasniegt eksperimentāli. Šis fakts bija zināms jau ilgu laiku, taču viņam nebija skaidra paskaidrojuma."
Jaunajā darbā zinātnieki varēja saprast, kāds ir "ļoti netīro" supravadītāju netipiskās izturēšanās raksturs. Galvenais eksperiments, kas ļāva to saprast, bija vēl viena svarīgākā supravadītāju parametra - kritiskās strāvas - mērīšana. Tā ir ilgstošās strāvas maksimālā vērtība, kas var plūst supravadītājā bez enerģijas zudumiem, lai izkliedētos siltumā. Pie lielākām strāvām viela zaudē supravadošās īpašības, tas ir, tajā parādās pretestība, un vielas paraugs sāk sakarst. Fiziķi ir izmērījuši, kā kritiskā strāva supravadītā indija oksīda plēvē ir atkarīga no magnētiskā lauka. Zinātnieki caur filmu, kas atradās magnētiskajā laukā, izlaida strāvu, kuras vērtība bija nedaudz mazāka par kritisko vērtību, un novēroja, ar kādu strāvas vērtību paraugā supravadošā izturēšanās tiks iznīcināta.
Līdzīgi eksperimenti ir veikti arī iepriekš. Šī darba unikalitāte ir tāda, ka maksimālā supravadošās strāvas atkarība no magnētiskā lauka "ļoti netīros" supravadītājos tika izmērīta magnētiskajos laukos tuvu kritiskai un ļoti zemai temperatūrai. “Pārsteidzoši, bet izrādījās, ka kritiskā strāva ļoti vienkāršā veidā ir atkarīga no tā, cik tuvu magnētiskais lauks atrodas kritiskajā vērtībā. Tās ir varas likuma attiecības, grāds ir 3/2,”saka Feigelmans. Turklāt zinātnieki ir noteikuši, kā kritiskais lauks indija oksīda plēvē ir atkarīgs no temperatūras.
“Apskatot šo divu eksperimentu rezultātus, mēs varējām saprast, kā tie ir saistīti,” saka Feigelmans. - Stabils kritiskā magnētiskā lauka pieaugums zemās temperatūrās "ļoti netīros" supravadītājos notiek sakarā ar to, ka supravadītāja stāvoklī, kas tiek realizēts spēcīgā magnētiskajā laukā, pastāv tā dēvēto Abrikosova virpuļu (kvantu virsstrāvas virpuļu, kas parādās supravadītājos zem ārēja magnētiskā lauka ietekme, kas šādā veidā iekļūst supravadītājā). Un mēs atradām veidu, kā aprakstīt šīs svārstības. " Autoru izveidotās teorijas prognozes labi raksturo iegūtos eksperimentālos datus.
"Ļoti netīri" supravadītāji, kurus sauc arī par ļoti nesakārtotiem supravadītājiem, ir aktīva mūsdienu fizikas pētījumu joma. Parasti, jo vairāk "traucējumu" ir metālam, jo sliktāk tas vada elektrisko strāvu. Samazinoties temperatūrai, nesakārtotu metālu vadītspēja palielinās. "Ļoti netīri" supravadītāji uzvedas atšķirīgi: normālā stāvoklī tie ir vāji dielektriķi un, atdzesēti, sliktāk un sliktāk iztur strāvu, bet, sasniedzot kritisko temperatūru, pēkšņi pārveidojas par supravadītājiem. “Supravadītājs un dielektriķis ir pretēji stāvokļi to īpašību ziņā, tāpēc ir pārsteidzoši, ka šādās vielās tie var pārveidoties viens par otru,” skaidro Feigelmans. - kaut arī “ļoti netīri” supravadītāji ir pētīti 25 gadus, tā ir pilnvērtīga teorija,kas izskaidrotu visas viņu dīvainības, joprojām nav."
Reklāmas video:
Pēdējos gados interese par nesakārtotiem supravadītājiem papildus ir palielinājusies, jo ir parādījušās jaunas jomas, kurās pēc šādām vielām ir liels pieprasījums. Piemēram, "ļoti netīri" supravadītāji ir ideāli piemēroti supravadošu kvantu bitu izolēšanai no visa veida traucējumiem - kvantu datora elementārām skaitļošanas vienībām. Visērtāk ir tos izolēt no ārpasaules, izmantojot elementus ar ļoti augstu induktivitāti. Tas nosaka, cik spēcīgu magnētisko plūsmu radīs sistēmā plūstošā elektriskā strāva. Vielas induktivitāte ir lielāka, jo mazāks ir vadošo elementu blīvums tajā, un šis parametrs samazinās, pieaugot "netīrumiem" supravadītājos.
