Исследователям впервые удалось сфотографировать воронки внутри сверхпроводников. Оказалось, что они движутся с невероятной высокой скоростью — около 70 тысяч километров в час, быстрее всех космических зондов и природных объектов на Земле, пишут учёные.
"Открытие может быть важным для создания сверхпроводниковой электроники будущего и поиска новых теоретических и экспериментальных проблем, связанных с ещё не изученной сферой электромагнитных полей и токов сверхвысокой энергии", — говорит Лиор Эмбон (Lior Embon) из Института Вейцмана в Реховоте (Израиль).
Все сверхпроводники обладают необычным свойством: они "не любят" магнитное поле и стремятся вытолкнуть его наружу, если линии этого поля с ними контактируют. Если сила поля превышает определённое значение, сверхпроводник резко теряет свои свойства и становится "обычным" материалом, пишет РИА Новости.
Такой феномен, который физики называют "эффектом Мейснера", работает неодинаково в разных сверхпроводниках. В сверхпроводниках так называемого первого рода магнитное поле не может существовать в принципе, а в их "собратьях" второго рода магнитное поле может проникать на небольшие расстояния в тех точках, где сочетаются сверхпроводящие и несверхпроводящие свойства.
Феномен открыл в 1957 году советский физик Алексей Абрикосов, за что он, а также Виталий Гинзбург и Энтони Леггет получили в 2003 году Нобелевскую премию по физике. Этот же феномен "частичного проникновения" магнитных полей порождает внутри сверхпроводника особые магнитные "воронки", кольцевые электрические токи, которые называются "вихрями Абрикосова".
Квантовый характер этих вихрей, а также их стабильность и предсказуемость давно привлекают внимание физиков, пытающихся создать квантовые или световые компьютеры и нуждающихся в надёжных и быстрых запоминающих устройствах.
Эмбон и его коллеги получили первые снимки подобных вихрей, возникающих внутри сверхпроводника при сильном токе, и раскрыли весьма необычные их свойства, заставившие учёных сомневаться во всех теориях, описывающих поведение этих квантовых структур.
Для получения данных фотографий физики создали специальный сверхчувствительный датчик магнитного поля на базе сверхпроводников, способный "видеть" источники магнитных полей размерами в 50 нанометров и ощущать даже малейшие сдвиги в силе полей и их направленности.
Датчик учёные использовали для наблюдений за тем, что происходит внутри плёнки из свинца, охлаждённой до температуры, близкой к абсолютному нулю. В таких условиях свинец превращается в сверхпроводник второго рода, что позволило Эмбону и его коллегам проследить за тем, как воронки ускоряют свой бег при повышении напряжения тока.
Когда учёные получили первые результаты замеров, они не поверили глазам: воронки двигались с необычайно высокой скоростью, составлявшей примерно 72 тысячи километров в час.
Это почти в 59 раз больше скорости звука и сопоставимо с той скоростью, с которой Земля движется вокруг Солнца, а также в десятки раз больше скорости движения отдельных атомов и молекул в атмосфере Земли. Кроме того, все рукотворные объекты, в том числе сверхскоростные зонды New Horizons и "Вояджер", движутся медленнее воронок в сверхпроводниках.
Данное значение было удивительным для исследователей и по другой причине. Дело в том, что воронки движутся примерно в 50 раз быстрее, чем сам ток внутри сверхпроводника. Пока у физиков нет никаких объяснений тому, что разгоняет воронки и почему они периодически сливаются друг с другом и объединяются в цепочки, что противоречит всем представлениям об их поведении.
Как показывают теоретические расчёты Эмбона и его коллег, 72 тысячи километров в час — не предел скорости для этих квантовых структур. Если сверхпроводник охладить ещё сильнее и повысить напряжение в нём, то тогда можно будет разогнать воронки ещё больше.
Учёные надеются, что дальнейшие наблюдения за этими объектами помогут раскрыть природу этих вихрей и приблизят нас к созданию "комнатных" сверхпроводников и электроники на их базе.
Результаты исследования представлены в научном издании Nature Communications.
Кстати, ранее оказалось, что рекордно тёплый сверхпроводник работает при температуре Антарктиды.
