Fizičari su pronašli objašnjenje za paradoksalno ponašanje "vrlo prljavih" supravodiča na niskim temperaturama. Ti se obećavajući materijali mogu koristiti za stvaranje kvantnog računala. Razumijevanjem zašto se takve tvari ne pokore standardnoj teoriji superprovodljivosti, znanstvenici će moći stvoriti najizoliranije kubite - elementarne računalne jedinice kvantnih računala. Rad tima istraživača s sudjelovanjem zaposlenika L. D. Landau RAS objavljen je u časopisu Nature Physics.
Superprevodnici su materijali u kojima u određenim uvjetima električni otpor potpuno nestaje. To znači da električna struja može teći kroz žice izrađene od ovog materijala bez gubitaka, dok se u konvencionalnim žicama dio energije rasipa kao toplina. Superprovodnost otkrivena je početkom 20. stoljeća, ali prvu fenomenološku teoriju, koja je objasnila mnoga njena svojstva, razvili su 1950. Lev Landau i Vitaly Ginzburg. Sedam godina kasnije Amerikanci Harry Bardeen, Leon Cooper i John Schrieffer stvorili su opću teoriju o superprovodljivosti (tzv. BCS teorija), koja je odmah osvojila Nobelovu nagradu - toliko je očigledan bio ogroman značaj fenomena.
Između ostalog, BCS teorija predvidjela je kako bi se superprevodnici trebali ponašati u magnetskom polju. Kad su polja mala, takve tvari ih "guraju" iz sebe, a ostaju superprovodne. To se temeljno svojstvo naziva Meissnerov efekt. Ako nastavimo povećavati polje, u nekom trenutku svojstva supravodičavanja naglo nestaju. Vrijednost kojom magnetsko polje potiskuje supravodljivost u materijalu naziva se kritičnim magnetskim poljem. Ovisi o temperaturi: što je hladnija, to je veće kritično polje. Odnosno, kada je superprevodnik na temperaturi bliskoj kritičnoj, čak su i mala magnetska polja dovoljna da ga izvedu iz supravodljivog stanja,međutim, s vrlo jakim hlađenjem (do 1/5 kritične temperature i niže) ta pravilnost nestaje i kritično magnetsko polje prestaje ovisiti o temperaturi. Sada, kako biste uklonili materijal iz supravodljivog stanja, potrebno je primijeniti magnetsko polje iste veličine - nije važno da li supravodič ostaje pri ovoj temperaturi ili se čak hladi.
"Ova klasična slika ovisnosti ne važi za" vrlo prljave "superprovodnike", objašnjava jedan od autora članka, Michael Feigelman s Instituta za fiziku nazvanog L. D. Kočija sa dva koša. - Ovaj pojam označava supravodiče od metalnih legura s vrlo oštećenom kristalnom rešetkom, gotovo amorfnom. Kritično magnetsko polje nastavlja se približno linearno povećavati s padom temperature do proizvoljno niskih vrijednosti koje se mogu eksperimentalno postići. Ta se činjenica poznavala dugo, ali nije imao jasno objašnjenje."
U novom su radu znanstvenici uspjeli razumjeti kakva je priroda atipičnog ponašanja "vrlo prljavih" supravodiča. Ključni eksperiment koji je omogućio razumijevanje toga bilo je mjerenje još jednog najvažnijeg parametra supravodiča - kritične struje. To je maksimalna vrijednost neprekidne struje koja može teći u supravodiču bez gubitka energije zbog raspršivanja u toplinu. Pri većim strujama tvar gubi svoja supravodljiva svojstva, odnosno u njemu se pojavljuje otpor, a uzorak tvari počinje se zagrijavati. Fizičari su izmjerili kako kritična struja u supravodljivom filmu indievog oksida ovisi o magnetskom polju. Znanstvenici su kroz film prolazili strujom koja se nalazila u magnetskom polju, čija je vrijednost bila nešto manja od kritične, i promatrali pri kojoj će vrijednosti struje u uzorku biti uništeno ponašanje supravodiča.
Slični eksperimenti su provedeni i prije. Jedinstvenost ovog rada je u tome što je ovisnost maksimalne supravodljive struje o magnetskom polju u "vrlo prljavim" superprevodnicima izmjerena na magnetskim poljima bliskim kritičnim i vrlo niskim temperaturama. „Iznenađujuće, pokazalo se da kritična struja na vrlo jednostavan način ovisi o tome koliko je magnetsko polje blizu kritične vrijednosti. To je odnos vlasti i prava, stupanj 3/2 ", kaže Feigelman. Osim toga, znanstvenici su utvrdili kako kritično polje u filmu indijevog oksida ovisi o temperaturi.
"Gledajući rezultate ova dva pokusa, uspjeli smo razumjeti na koji su način povezani", kaže Feigelman. - Do stabilnog porasta kritičnog magnetskog polja pri niskim temperaturama u "vrlo prljavim" supravodičima dolazi zbog činjenice da u supravodljivom stanju, koje se ostvaruje u jakom magnetskom polju, postoje toplotne fluktuacije takozvanih Abrikosov vrtloga (kvantni superstrujni vrtlozi koji se pojavljuju u superprovodnicima pod efekt vanjskog magnetskog polja, koje na taj način prodire u superprovodnik). I našli smo način da opišemo ta kolebanja. " Predviđanja teorije koju su stvorili autori dobro opisuju dobivene eksperimentalne podatke.
"Vrlo prljavi" supravodiči, koji se nazivaju i visoko neuredni supravodiči, aktivno su područje istraživanja suvremene fizike. Obično, što metal ima više "poremećaja", gori je i provodi električnu struju. S padom temperature povećava se vodljivost neurednih metala. "Vrlo prljavi" supravodiči se ponašaju drugačije: u normalnom su stanju slabi dielektričari i kad se hlade, struju provode sve gore i gore, ali kad dostignu kritičnu temperaturu, iznenada se pretvaraju u superprovodnike. "Superprevodnik i dielektrik su svojstva suprotna, zbog čega je iznenađujuće da se u takvim tvarima mogu transformirati jedna u drugu", objašnjava Feigelman. - Iako se "vrlo prljavi" supravodiči proučavaju 25 godina, cjelovita teorija,što bi objasnilo sve njihove neobičnosti, još uvijek nema."
Promotivni video:
Posljednjih godina zanimanje za neuredne supravodiče dodatno je poraslo zbog pojave novih područja u kojima su takve tvari velika potražnja. Na primjer, "vrlo prljavi" supravodiči idealni su za izoliranje superprevodnih kvantnih bita od svih vrsta smetnji - osnovnih računalnih jedinica kvantnog računala. Najprikladnije ih je izolirati od vanjskog svijeta koristeći elemente vrlo visoke induktivnosti. Određuje koliko će snažni magnetski tok stvoriti električna struja koja struji u sustavu. Induktivnost neke tvari je veća, što je manja gustoća vodljivih elemenata u njoj, a taj se parametar smanjuje s rastom "prljavštine" u superprevodnicima.
