Ahli fizik telah menemui penjelasan untuk tingkah laku superkonduktor "sangat kotor" yang paradoks pada suhu rendah. Bahan-bahan yang menjanjikan ini dapat digunakan untuk membuat komputer kuantum. Dengan memahami mengapa bahan tersebut tidak mematuhi teori standard superkonduktiviti, saintis akan dapat membuat qubit yang paling terpencil - unit pengkomputeran asas komputer kuantum. Hasil kerja pasukan penyelidik dengan penyertaan pegawai L. D. Landau RAS diterbitkan dalam jurnal Nature Physics.
Superkonduktor adalah bahan di mana, dalam keadaan tertentu, rintangan elektrik hilang sepenuhnya. Ini bermaksud bahawa arus elektrik dapat mengalir melalui wayar yang terbuat dari bahan ini tanpa kehilangan, sementara dalam wayar konvensional sebahagian tenaga akan hilang sebagai haba. Superconduktiviti ditemui pada awal abad ke-20, tetapi teori fenomenologi pertama, yang menjelaskan banyak sifatnya, dikembangkan pada tahun 1950 oleh Lev Landau dan Vitaly Ginzburg. Tujuh tahun kemudian, orang Amerika Harry Bardeen, Leon Cooper dan John Schrieffer membuat teori umum superkonduktiviti (yang disebut teori BCS), yang segera memenangi Hadiah Nobel - kepentingan besar fenomena itu begitu jelas.
Antara lain, teori BCS meramalkan bagaimana superkonduktor harus bertindak dalam medan magnet. Apabila ladang kecil, bahan-bahan seperti itu "mendorong" mereka keluar dari diri mereka sendiri, sambil tetap menjadi superkonduktor. Harta asas ini dipanggil kesan Meissner. Sekiranya kita terus meningkatkan bidang, pada suatu ketika sifat superkonduktor tiba-tiba hilang. Nilai di mana medan magnet menekan superkonduktiviti dalam bahan disebut medan magnet kritikal. Ia bergantung pada suhu: semakin sejuk, semakin besar medan kritikal. Maksudnya, apabila superkonduktor berada pada suhu yang hampir dengan yang kritikal, bahkan medan magnet kecil cukup untuk membawanya keluar dari keadaan superkonduktor,namun, dengan penyejukan yang sangat kuat (sehingga 1/5 suhu kritikal dan di bawah) keteraturan ini hilang dan medan magnet kritikal berhenti bergantung pada suhu. Sekarang, untuk mengeluarkan bahan dari keadaan superkonduktor, perlu menerapkan medan magnet dengan magnitud yang sama - tidak kira sama ada superkonduktor tetap pada suhu ini atau bahkan menyejuk.
"Gambaran kebergantungan klasik ini tidak berlaku untuk superkonduktor" sangat kotor "," jelas salah seorang pengarang artikel tersebut, Mikhail Feigelman dari Institut Fizik yang diberi nama L. D. Landau. - Istilah ini menunjukkan superkonduktor yang diperbuat daripada aloi logam dengan kisi kristal yang sangat rosak, hampir amorf. Medan magnet kritikal terus meningkat kira-kira secara linier dengan penurunan suhu menjadi nilai rendah sewenang-wenangnya yang dapat dicapai secara eksperimen. Fakta ini diketahui sejak lama, tetapi dia tidak mempunyai penjelasan yang jelas."
Dalam karya baru itu, para saintis dapat memahami apakah sifat tingkah laku atipikal superkonduktor "sangat kotor". Eksperimen utama yang memungkinkan untuk memahami ini adalah pengukuran parameter superkonduktor terpenting lain - arus kritikal. Ini adalah nilai maksimum arus lestari yang dapat mengalir dalam superkonduktor tanpa kehilangan tenaga untuk hilang ke haba. Pada arus yang lebih tinggi, bahan tersebut kehilangan sifat superkonduktornya, iaitu, rintangan muncul di dalamnya, dan sampel bahan mula panas. Ahli fizik telah mengukur bagaimana arus kritikal dalam filem indium oksida superkonduktor bergantung pada medan magnet. Para saintis melewati arus melalui filem, yang berada di medan magnet, nilainya sedikit kurang daripada nilai kritikal, dan mengamati berapa nilai arus dalam sampel tingkah laku superkonduktor yang akan dihancurkan.
Eksperimen serupa telah dilakukan sebelumnya. Keunikan karya ini adalah bahawa pergantungan arus superkonduktor maksimum pada medan magnet pada superkonduktor "sangat kotor" diukur pada medan magnet yang hampir dengan kritikal, dan pada suhu yang sangat rendah. "Yang mengejutkan, ternyata arus kritikal dengan cara yang sangat sederhana bergantung pada seberapa dekat medan magnet dengan nilai kritikal. Ini adalah hubungan undang-undang, gelarnya adalah 3/2,”kata Feigelman. Sebagai tambahan, saintis telah menentukan bagaimana bidang kritikal dalam filem indium oksida bergantung pada suhu.
"Dengan melihat hasil kedua eksperimen ini, kami dapat memahami bagaimana keduanya berkaitan," kata Feigelman. - Peningkatan stabil dalam medan magnet kritikal pada suhu rendah pada superkonduktor "sangat kotor" berlaku kerana dalam keadaan superkonduktor, yang disedari dalam medan magnet yang kuat, terdapat turun naik termal dari apa yang disebut pusaran Abrikosov (pusaran supercurrent kuantum yang muncul dalam superkonduktor di bawah kesan medan magnet luaran, yang menembusi superkonduktor dengan cara ini). Dan kami menemui cara untuk menggambarkan turun naik ini. " Ramalan teori yang dibuat oleh penulis menggambarkan dengan baik data eksperimen yang diperoleh.
Superkonduktor "sangat kotor", juga disebut superkonduktor yang sangat tidak teratur, merupakan bidang penyelidikan aktif dalam fizik moden. Biasanya, semakin banyak "gangguan" logam, semakin teruk ia mengalirkan arus elektrik. Dengan penurunan suhu, kekonduksian logam yang tidak teratur meningkat. Superkonduktor "sangat kotor" berkelakuan berbeza: dalam keadaan normal, mereka lemah dielektrik dan, apabila disejukkan, melakukan arus lebih teruk dan buruk, tetapi setelah mencapai suhu kritikal, mereka tiba-tiba berubah menjadi superkonduktor. "Suatu superkonduktor dan dielektrik adalah keadaan yang berlawanan dalam sifatnya, itulah sebabnya mengejutkan bahawa dalam bahan tersebut mereka dapat berubah menjadi satu sama lain," jelas Feigelman. - Walaupun superkonduktor "sangat kotor" telah dikaji selama 25 tahun, teori lengkap,yang akan menjelaskan semua keanehan mereka, masih belum ada."
Video promosi:
Dalam beberapa tahun terakhir, minat terhadap superkonduktor yang tidak teratur juga meningkat karena munculnya daerah baru di mana bahan-bahan tersebut sangat diminati. Contohnya, superkonduktor "sangat kotor" sangat sesuai untuk mengasingkan bit kuantum superkonduktor dari semua jenis gangguan - unit pengkomputeran asas komputer kuantum. Paling mudah untuk mengasingkannya dari dunia luar menggunakan unsur-unsur dengan induktansi yang sangat tinggi. Ini menentukan seberapa kuat fluks magnet yang akan dihasilkan oleh arus elektrik yang mengalir dalam sistem. Induktansi suatu bahan semakin besar, semakin rendah ketumpatan unsur pengalir di dalamnya, dan parameter ini berkurang dengan pertumbuhan "kotoran" pada superkonduktor.
