Российские ученые из Сколтеха и МФТИ совместно с европейскими коллегами смогли экспериментально показать нестационарный эффект проскальзывания фазы — фундаментальное явление сверхпроводимости. В будущем на его основе могут быть разработаны новые технологии. Исследование опубликовано в журнале Nature.
В физике большое значение получил джозефсоновский эффект, при котором ток может протекать через прослойку изолятора между двумя сверхпроводниками. С точки зрения классической физики такое явление невозможно, так как изолятор разрывает цепь. Однако оно объясняется явлением из квантовой механики — туннельным эффектом. Джозефсоновский эффект имеет широкое практическое применение. Такие контакты составляют основу для сверхчувствительных детекторов магнитного поля, которые используются в том числе при исследовании активности мозга. Существует и другой эффект. Если джозефсоновские контакты находятся под действием СВЧ-излучения, то ток меняется не плавно, образуются ступеньки по напряжению. Этот эффект называется ступеньками Шапиро. На нем основана квантовая метрология: современный эталон вольта определяется с помощью приборов с джозефсоновскими контактами.
Теперь российские исследователи впервые экспериментально показали фундаментальное явление сверхпроводимости — нестационарный эффект проскальзывания фазы. Он был предсказан еще в 90-х годах советскими физиками. Это явление заключается в том, что нанопроволока из сверхпроводника создает туннельный эффект для магнитного потока, хотя в классической физике постулируется, что сверхпроводники блокируют магнитное поле. В то же время при воздействии СВЧ-излучением наблюдаются обратные ступеньки Шапиро: в них образуются ступеньки по току при изменении напряжения. Чтобы показать это явление экспериментально, ученым нужно было правильно подобрать материал. Подходящим стал нитрид ниобия: из него изготовили тонкие пленки, а затем — нанопроволоки. Также исследователям пришлось разработать особую электрическую схему, в которой рядом с нанопроволокой расположили микроскопические индуктивные элементы из того же материала.
Нестационарный эффект проскальзывания фазы и обратные ступеньки Шапиро могут лечь в основу новых технологий, как это ранее произошло с джозефсоновскими контактами. Например, данный эффект может так же найти применение в квантовой метрологии: с помощью него можно получить эталон ампера.
«Это позволяет достичь беспрецедентной точности, поскольку размер каждой ступеньки в обоих эффектах обусловлен фундаментальными законами природы: он в принципе не зависит ни от материала, ни от внешних условий: главное — наличие сверхпроводимости», — отметил Олег Астафьев, руководитель Лаборатории искусственных квантовых систем МФТИ, один из главных авторов исследования.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
