Физики из ран и мфти исследовали сверхпроводимость, увидели сверхпроводящее стекло и написали статью в nature physics

В соответствии с всем справочникам, сверхпроводимость — это свойство некоторых материалов владеть строго нулевым электрическим сопротивлением при достижении ими температуры ниже определенного значения (критическая температура). Все материалы по отношению к свойству проводить электрический ток делятся на четыре класса — диэлектрики, полупроводники, сверхпроводники и металлы. Диэлектрики (либо изоляторы) практически не выполняют ток, если не приложить к ним громадное напряжение. Но имеется вещества, каковые переходят из одного состояния в второе при маленьком трансформации состава либо при другом не сильный действии.

Физики из ран и мфти исследовали сверхпроводимость, увидели сверхпроводящее стекло и написали статью в nature physics

«Полная теория лишь начинает создаваться»

Об размещённых в издании Nature Physics изучениях оксида индия — вещества, которое владеет сверхпроводимостью при низких температурах, а…

Переход совокупности из состояния «сверхпроводник» в состояние «металл» стал объектом изучения доктора наук Столичного физтех университета (МФТИ), помощника директора Университета теоретической физики имени Л.Д. Ландау (ИТФ РАН), д.ф.-м.н. Михаила Фейгельмана, его ученика Константина Тихонова (кроме этого трудится в ИТФ РАН) и их сотрудников из Франции и Израиля.

Результаты работы размещены в издании Nature Physics в воскресенье ночью по Москве.

Стойкий оловянный нанодиск

На протяжении изученного квантового фазового перехода речь заходит о том, как главное (низкотемпературное) состояние совокупности изменяется из сверхпроводящего в железное. Это происходит при трансформации параметров, характеризующих сотрудничество элементов совокупности. Изученная совокупность является решёткой из оловянных нанодисков (радиус одного для того чтобы диска образовывает 200 нм), расположенных на подложке из графена — модификации углерода, которая является слоем атомов углерода толщиной один атом (первые испытания с графеном проводили выпускники МФТИ Андрей Константин и Гейм Новоселов, за что в 2010 году они стали лауреатами Нобелевской премии в области физики). Олово делается сверхпроводником при температурах меньших, чем T0 = 3,5 кельвина (практически -270°С).

Физики из ран и мфти исследовали сверхпроводимость, увидели сверхпроводящее стекло и написали статью в nature physics

Железный век сверхпроводимости

Изучив один из представителей нового семейства сверхпроводников, интернациональная команда физиков с участием русских ученых сделала открытие…

Электрический контакт между оловянными нанодисками осуществляется за счет электронной проводимости графена. Наличие для того чтобы контакта, например, при температурах значительно ниже T0 разрешает обрисовывать состояние одного нанодиска всего лишь единственной переменной — фазой. По аналогии с фазой для колебательного процесса эта фаза может принимать значение от 0 до 2π.

Сверхпроводящее состояние устанавливается тогда, в то время, когда нанодиски принимают однообразные фазы по всей решетке.

Важными за формирование сверхпроводимости являются так именуемые джозефсоновские контакты. В общем виде этим термином именуют соединение сверхпроводников, поделённых узким слоем диэлектрика, через что протекает сверхпроводящий ток. При с обрисовываемой совокупностью, которую изучили русские ученые, джозефсоновские контакты образуют решетку, которая связывает нанодиски (сверхпроводники), между которыми происходит перенос пар электронов — куперовских пар. Самый популярный механизм объяснения сверхпроводимости был предложен во второй половине 50-ых годов XX века изобретателем транзистора Джоном Бардином вместе с Леоном Джоном и Купером Шриффером, по первым буквам фамилий ученых он стал называться БКШ.

По БКШ, сверхпроводимость появляется благодаря объединения несущих ток электронов в пары, которое вызывается их сотрудничеством с фононами.

Физики из ран и мфти исследовали сверхпроводимость, увидели сверхпроводящее стекло и написали статью в nature physics

Русский премия Абеля

Русский математик Яков Синай, академик РАН и доктор наук Принстонского университета, получил премию Абеля 2014 года — аналога…

Эти пары и именуются куперовскими.

Что удалось заметить ученым

Изменяя напряжение на особом электростатическом затворе, авторы опыта имели возможность через графен медлено поменять плотность электронов проводимости в нем и тем самым силу джозефсоновских контактов между нанодисками олова. Наряду с этим в силу малой плотности носителей тока сам графен не портил сверхпроводящие их фазы и свойства нанодисков олова. Но корреляции фаз между нанодисками и, следовательно, их сверхпроводимость разрушаются тепловыми флуктуациями при температурах выше критической температуры Tc. Один из результатов ученых — измеренное значение Tc, которое оказалось равным 0,7 кельвина. Результат находится в хорошем согласии с ранее развитой теорией, размещённой в 2009 году в статье Михаила Фейгельмана, его коллег и Константина Тихонова в издании Solid State Communications.

Физики из ран и мфти исследовали сверхпроводимость, увидели сверхпроводящее стекло и написали статью в nature physics

Пять тысяч ископаемых ученых

Информацию о пяти тысячах деятельно трудящихся ученых под неспециализированным заглавием «Карта нужных ископаемых русского науки» опубликованы инициативным проектом…

Но стоило экспериментаторам понизить электронную плотность в графене, как джозефсоновские связи начали ослабевать за счет повышения сопротивления графеновых промежутков. В следствии температура перехода в когерентное (другими словами сверхпроводящее) состояние быстро падала ниже минимальной температуры опыта (60 милликельвинов). Это и имеется квантовый фазовый переход «сверхпроводник — металл», о котором говорилось выше. Пространственная когерентность фаз отдельных нанодисков разрушилась уже одними квантовыми (и независящими от температуры) флуктуациями фаз.

Еще раз обратим внимание, что это первое экспериментальное изучение для того чтобы перехода.

Базы теории для того чтобы фазового перехода были ранее созданы Михаилом Фейгельманом и его сотрудниками в статье, размещённой в Physical Review Letters в 2001 году.

Но готовой теории чтобы растолковать поведение сопротивления решетки, которое в области самых низких дешёвых для измерений температур выясняется быстро экспоненциально зависящим от напряжения на электрическом затворе, пока нет.

Наконец, в дополнение к вышеуказанному переходу «сверхпроводник — металл» авторы нашли состояние так именуемого сверхпроводящего стекла.

При слове «стекло» не требуется думать, что речь заходит о том, что пропускает видимое глазу человека излучение: фактически, на данный момент стеклом именуется любой материал независимо от его состава, что при охлаждении переходит из жидкого состояния в жёсткое без кристаллизации.

При «сверхпроводящего стекла» речь заходит о его особенностях совокупности, которая делается более похожа на керамику.

Физики из ран и мфти исследовали сверхпроводимость, увидели сверхпроводящее стекло и написали статью в nature physics

«Это первое совещание неспециализированной науки у нас»

Члены собрания Русском академии наук проголосовали за новый устав академии и не избрали академика РАН Евгения Велихова в составе президиума.

В обрисовываемом опыте «сверхпроводящее стекло» появилось благодаря фрустрации и беспорядка в джозефсоновских связях. Наряду с этим оно отвечает какому-то из минимумов суммарной энергии джозефсоновских контактов. Тут управляющим параметром есть напряженность внешнего магнитного поля. Борьба периодической зависимости от величины потока внешнего магнитного поля через элементарную ячейку решетки нанодисков и случайной зависимости от этого же параметра (из-за мезоскопических флуктуаций) ведет к так называемой фазовой диаграмме возвратного типа. Это значит, что величина большого сверхпроводящего тока, протекающего через всю решетку, немонотонно зависит от внешнего магнитного поля: сперва убывает (впредь до нуля), а позже снова проявляется с ростом магнитного поля в некоем промежутке его значений.

Для чего это необходимо

Непременно, обрисованная выше работа носит чисто фундаментальный темперамент. Но в возможности сверхпроводники смогут всецело поменять жизнь людей, поскольку они теоретически разрешают передавать электрический ток на каждые расстояния без каких-либо утрат.

Это явление уже отыскало широкое использование.

К примеру, в создании электромагнитов для ускорителей заряженных частиц (среди них и на Громадном адронном коллайдере) либо в ядерно-резонансной томографии — одном из самые передовых способов диагностики в медицине.

021 Сверхпроводимость


Читать также:

Понравилась статья? Поделиться с друзьями: