Исследователи наблюдали необычное поведение квантовых вихрей, которое противоречит существующим моделям сверхпроводимости.
Внутри сверхпроводников могут возникать небольшие «торнадо» электронов, известные как квантовые вихри. Международная группа исследователей обнаружила, что магнитный поток, создаваемый в сверхпроводнике, разделяется на более широкий диапазон значений, чем предполагалось ранее. Это открытие изменяет представления о сверхпроводимости и может быть применено в сверхпроводниковой электронике.
Квантовые вихри возникают, когда к сверхпроводнику прикладывается внешнее магнитное поле. Оно проникает в сверхпроводник в виде квантованных магнитных силовых трубок, образующих вихри. Изначально физики предполагали, что, когда квантовые вихри проходят через сверхпроводники, каждый из них несет один квант магнитного потока. При этом произвольные доли квантового потока не допускались.
Используя сверхпроводящее устройство квантовой интерференции в Стэнфордском университете исследователи показали на микроскопическом уровне, что квантовые вихри могут существовать в одной электронной полосе. В процессе эксперимента физикам удалось создать и перемещать дробные квантовые вихри.
Исследователи сочли первоначальное наблюдение этого явления «настолько необычным», что повторили эксперимент 75 раз в разных местах и при разных температурах. Но все данные свидетельствовали в пользу корректности наблюдений. Это открытие подтверждает теоретическое предсказание одного из соавторов исследования — Егор Бабаева, профессор Королевского технологического института в Стокгольме.
20 лет назад Бабаев описал модель, в которой в некоторых типах кристаллов одна часть популяции электронов сверхпроводящего материала может образовывать вихрь, вращающийся по часовой стрелке, в то время как другие частицы могут одновременно образовывать вихрь, вращающийся против часовой стрелки.
Исследователи отмечают, что надежность квантовых вихрей и возможность управлять ими предполагает, что потенциально они могут быть использованы в качестве носителей информации в сверхпроводящих компьютерах.
Читать далее:
Ученые связали потерю памяти и нехватку определенных веществ: как исправить ситуацию
Исследователи показали, как выглядел фараон Тутанхамон
Посмотрите, как растения реагируют на прикосновения в рамках нового эксперимента
На обложке: художественная иллюстрация квантовых вихрей. Изображение: Greg Stewart, SLAC National Accelerator Laboratory