Füüsikud on leidnud selgituse "väga määrdunud" ülijuhtide paradoksaalsele käitumisele madalatel temperatuuridel. Neid paljutõotavaid materjale saab kasutada kvantarvuti loomiseks. Mõistes, miks sellised ained ei järgi ülijuhtivuse standardset teooriat, saavad teadlased luua kõige isoleeritumad vutid - kvantarvutite elementaarsed arvutusüksused. Teadlaste meeskonna töö, kus osalesid L. D. Landau RAS ilmus ajakirjas Nature Physics.
Ülijuhid on materjalid, milles teatud tingimustel kaob elektritakistus täielikult. See tähendab, et sellest materjalist juhtmete kaudu võib elektrivool voolata ilma kadudeta, tavapärastes juhtmetes aga osa energiast kulub soojusena. Ülijuhtivus avastati 20. sajandi alguses, kuid esimese fenomenoloogilise teooria, mis selgitas paljusid selle omadusi, töötasid 1950. aastal välja Lev Landau ja Vitaly Ginzburg. Seitse aastat hiljem lõid ameeriklased Harry Bardeen, Leon Cooper ja John Schrieffer ülijuhtivuse üldise teooria (nn BCS-teooria), mis võitis kohe Nobeli preemia - nii ilmne oli nähtuse kolossaalne tähtsus.
Muu hulgas ennustas BCS-i teooria, kuidas ülijuhid peaksid magnetväljas käituma. Kui väljad on väikesed, suruvad sellised ained need endast välja, jäädes samas ülijuhtideks. Seda põhiomadust nimetatakse Meissneri efektiks. Kui jätkame välja suurendamist, siis mingil hetkel kaovad ülijuhtivad omadused järsult. Väärtust, mille korral magnetväli pärsib materjali ülijuhtivust, nimetatakse kriitiliseks magnetväljaks. See sõltub temperatuurist: mida külmem, seda suurem on kriitiline väli. See tähendab, et kui ülijuht on temperatuuril, mis on lähedane kriitilisele, piisab isegi väikestest magnetväljadest, et viia see ülijuhtivusest välja,Kuid väga tugeva jahutusega (kuni 1/5 kriitilisest temperatuurist ja alla selle) kaob see regulaarsus ja kriitiline magnetväli lakkab oletamast temperatuuri. Nüüd on materjali ülijuhtivast olekust eemaldamiseks vaja rakendada sama suurusjärguga magnetväli - pole vahet, kas suprajuht püsib sellel temperatuuril või isegi jahtub.
“See klassikaline sõltuvuspilt ei kehti“väga räpaste”ülijuhtide puhul,” selgitab artikli üks autoritest Mihhail Feigelman füüsika instituudist L. D. Landau. - See termin tähistab ülijuhte, mis on valmistatud metallisulamitest ja millel on tugevalt kahjustatud kristallvõre, peaaegu amorfne. Kriitiline magnetväli kasvab temperatuuri langedes jätkuvalt ligikaudu lineaarselt, suvaliselt madalatele väärtustele, mida on eksperimentaalselt võimalik saavutada. Seda fakti teati pikka aega, kuid selget seletust tal polnud."
Uues töös suutsid teadlased mõista, mis on "väga räpaste" ülijuhtide ebatüüpilise käitumise olemus. Peamine eksperiment, mis selle mõistmise võimaldas, oli ülijuhtide teise kõige olulisema parameetri - kriitilise voolu - mõõtmine. See on püsiva voolu maksimaalne väärtus, mis võib supijuhis voolata ilma energiakaduta soojuse hajumiseks. Suuremate voolude korral kaotab aine oma ülijuhtivuse, see tähendab, et selles ilmneb takistus ja aine proov hakkab soojenema. Füüsikud on mõõtnud, kuidas ülijuhtivast indiumoksiidkilest kriitiline vool sõltub magnetväljast. Teadlased läbisid magnetväljas oleva filmi kaudu voolu, mille väärtus oli pisut väiksem kui kriitiline, ja jälgisid, millise voolu väärtuse korral proovis ülijuhtiv käitumine hävib.
Sarnaseid katseid on tehtud ka varem. Selle töö ainulaadsus on see, et "väga määrdunud" ülijuhtides mõõdeti maksimaalse ülijuhtiva voolu sõltuvust magnetväljast kriitiliste ja väga madalate temperatuuride lähedal asuvates magnetväljades. “Üllataval kombel selgus, et kriitiline vool sõltub väga lihtsal viisil sellest, kui lähedal on magnetväli kriitilisele väärtusele. See on võimu ja õiguse suhe, kraad on 3/2,”ütleb Feigelman. Lisaks on teadlased kindlaks teinud, kuidas sõltub indiumoksiidi kile kriitiline väli temperatuurist.
"Vaadates nende kahe katse tulemusi, saime aru, kuidas need on omavahel seotud," ütleb Feigelman. - Kriitilise magnetvälja stabiilne suurenemine madalatel temperatuuridel "väga määrdunud" ülijuhtides toimub seetõttu, et ülijuhtivas olekus, mis on realiseeritud tugevas magnetväljas, esinevad nn Abrikosovi keeriste termilised kõikumised (kvant-supervoolu keerised, mis ilmuvad ülijuhtidel alajaotuses välise magnetvälja mõju, mis tungib sel viisil ülijuhti). Ja me leidsime viisi nende kõikumiste kirjeldamiseks. " Autorite loodud teooria ennustused kirjeldavad saadud katseandmeid hästi.
"Väga määrdunud" ülijuhid, mida nimetatakse ka väga korrastamata ülijuhtideks, on kaasaegse füüsika aktiivne uurimisvaldkond. Tavaliselt, mida rohkem metalli "häireid" on, seda halvemini see elektrivoolu juhib. Temperatuuri langedes suureneb korrastamata metallide juhtivus. "Väga määrdunud" ülijuhid käituvad erinevalt: normaalses olekus on nad nõrgad dielektrikud ja jahutamisel juhivad voolu halvemini, kuid kriitilisele temperatuurile jõudes muutuvad nad äkki ülijuhtideks. "Ülijuhid ja dielektrikud on oma omaduste poolest vastupidised olekud, mistõttu on üllatav, et sellistes ainetes võivad nad muunduda üksteiseks," selgitab Feigelman. - Ehkki "väga räpaseid" ülijuhte on uuritud 25 aastat, on see täielik teooria,mis selgitaks nende kõiki veidrusi, pole endiselt olemas."
Reklaamvideo:
Viimastel aastatel on lisaks suurenenud huvi ka korrapäratute ülijuhtide vastu, kuna on tekkinud uued alad, kus selliste ainete järele on suur nõudlus. Näiteks "väga määrdunud" ülijuhid sobivad ideaalselt ülijuhtivate kvantbittide eraldamiseks igasugustest häiretest - kvantarvuti elementaarsetest arvutusüksustest. Kõige mugavam on neid välismaailmast isoleerida, kasutades väga suure induktiivsusega elemente. See määrab, kui tugevat magnetvoogu süsteemis voolav elektrivool tekitab. Aine induktiivsus on seda suurem, mida madalam on selles juhtivate elementide tihedus ja see parameeter väheneb ülijuhtide "mustuse" kasvuga.
