Прорывные исследования в ИФП СО РАН по созданию сверхпроводящего материала

До сих пор предполагалось, что единственным эффектом от помещения сверхпроводящего материала в магнитное поле является подавление бездиссипативного состояния. Обычно, сверхпроводящие вихри, индуцированные магнитным полем, движутся при пропускании тока, что и приводит к диссипации энергии и, тем самым, к появлению конечного ненулевого сопротивления.

В течении последних десятилетий основные усилия физиков и технологов были направлены на разработку методов и подходов, позволяющих запининговать вихри и, таким образом, получить материал, способный оставаться сверхпроводящим в сильных магнитных полях. 

В недавней работе, опубликованной в Nature Communications, группа исследователей из России (Институт физики полупроводников СО РАН им. А.В. Ржанова), Испании (Университет Сарагосы и Университет Мадрида), Бельгии (Межуниверситетский центр микроэлектроники)  и США (Аргонская Национальная лаборатория) сообщила о наблюдении явления локализации вихрей в наносистемах и перехода в бездиссипативное состояние в относительно высоких магнитных полях. Эффект продемонстрирован в сверхпроводящих наноструктурах, а именно, в нанопроволоках и наноперфорированных плёнках, изготовленных с помощью самых современных методов нанотехнологии: атомарно-слоевое осаждение, электронно-лучевая литография и осаждение методом фокусированных ионных пучков. 

Авторы статьи в Nature Communications, в центре чл.-к. РАН А.В. Латышев

Авторы выявили соотношения между геометрическими параметрами наносистем и сверхпроводящими и фермижидкостными характеристиками исходных материалов, необходимые для реализации магнитоиндуцированного бездиссипативного состояния. Физический механизм наблюдаемого явления основывается на новой концепции взаимодействия вихрей в условиях сильного влияния поверхностной сверхпроводимости: будучи зажатыми физическими границами наноструктуры, вихри создают сами для себя глубокую потенциальную яму, объединяясь в неподвижные кластеры. Причём, чем больше магнитное поле, тем больше плотность вихрей в кластере и тем большую энергию необходимо затратить для того, чтобы вырвать вихрь из кластера. Что и приводит к эффекту парадоксальному на первый взгляд: чем больше магнитное поле, тем устойчивее сверхпроводящее состояние. Работа открывает новые перспективы для создания материалов с магнитоустойчивыми сверхпроводящими свойствами.

Экспериментальные данные для наноперфорированной плёнки, демонстрирующие явление магнитоиндуцированного перехода в бездиссипативное состояние.	Мозаичное представление распределения сверхпроводящего параметра порядка вокруг отверстий в плёнке (показаны белым цветом). Зелёный цвет отвечает областям с сильными сверхпроводящими свойствами. По мере удаления от отверстий сверхпроводящие свойства ослабевают (жёлтый, красный). Чёрным показаны области, занятые вихревыми кластерами.