Исследование показывает, что слабые магнитные поля – намного более слабый, чем те, которые обычно прерывают сверхпроводимость – могут взаимодействовать с дефектами в материале, чтобы создать «случайную область меры», своего рода квантовый курс препятствия, который производит сопротивление для электронов сверхпроводимости.«Мы разрушаем сверхпроводимость способом, что люди не сделали прежде», сказал Джим Вэлльз, преподаватель физики в Брауне, который направил работу. «Этот вид перехода фазы, включающего случайную область меры, был предсказан теоретически, но это – первый раз, когда это было продемонстрировано в эксперименте».Исследование издано в журнале Scientific Reports.
Сверхпроводящее состояние зависит от формирования и распространения «Пар Купера», соединенные электроны, которые, при очень низких температурах, ведут себя больше как волны, чем частицы. Их подобная волне собственность позволяет им поехать через структуру материала без того, чтобы сталкиваться с атомными ядрами вдоль пути, уменьшая сопротивление, с которым они сталкиваются к нолю. Пары Купера названы по имени Леона Купера, физика Университета Брауна, который разделил Нобелевскую премию по физике 1972 года для объяснения их поведения.Связи между соединенными электронами не особенно сильны.
Маленькое увеличение температуры или присутствие магнитного поля с силой выше критического значения (стоимость варьируется немного для различных материалов) могут разбить пары, который в свою очередь ломает сверхпроводящее состояние.Но Валлес и его коллеги исследовали различный метод разрушения сверхпроводимости.
Вместо того, чтобы разбить пары Купера, команда Валлеса хотела видеть, могли ли бы они разрушить путь, которым размножаются пары.Когда материал – сверхпроводимость, пары Купера размножаются «в фазе», имея в виду пики, и корыта их квантовых волн коррелируются. Стук несовпадающих по фазе волн отдал бы им неспособный размножиться способом, который выдержит сверхпроводящее состояние, таким образом преобразовывая материал в изолятор.Чтобы продемонстрировать явление, Валлес и его коллеги создали маленький жареный картофель сверхпроводимости, сделанный из аморфного висмута.
Жареный картофель был сделан с наноразмерными отверстиями в них, устроенный в беспорядочно повторяющемся подобном сотам образце. Команда тогда применила слабое магнитное поле к жареному картофелю. При нормальных обстоятельствах сверхпроводник отразит любое магнитное поле ниже критического значения и пойдет прямо на сверхпроводимости.
Но дефекты в висмуте заставили материал отражать магнитное поле специфическим способом, формируя крошечные вихри электрического тока, окружающего каждое отверстие.К сверхпроводимости пары Купера те вихри формируют квантовый курс препятствия, слишком трудный, чтобы пересечься. Текущие вихри продвигаются и надевают фронты волны прохождения пар Купера в случайных образцах, пробивая волны, несовпадающие по фазе друг с другом.«Мы разрушаем последовательное движение фронтов волны», заявил Валлес. «В результате пары Бондаря становятся локализованными – неспособный размножиться – и система идет от сверхпроводимости до изолирования».
Исследование может помочь ученым понять фундаментальные свойства материалов сверхпроводимости – в частности, как дефекты в тех материалах могли прервать сверхпроводимость в определенных ситуациях. Понимание, как эти материалы ведут себя, будет важно, когда их использование увеличивается в заявлениях как квантовые компьютеры, которые будут полагаться на последовательные состояния сверхпроводимости.«В технологии мы пытаемся добавить все больше из квантовых свойств материалов, но те материалы, у всех есть эти грязные примеси в них», заявил Валлес. «Мы показали эффекты определенного вида квантовой хаотичности в сверхпроводнике, который ведут магнитное поле и случайные дефекты. Таким образом, эта работа может быть интересной для понимания что ограничения, там находятся в эксплуатации квантовых свойств материалов».
Валлес надеется, что результаты и техника, описанная в газете, приведут к другим фундаментальным достижениям.«Мы можем настроить этот фазовращатель четко определенным способом, которым это прямо, чтобы смоделировать, который может позволить нам понимать квантовые переходы фазы немного лучше», заявил Валлес. «Так в некотором смысле мы создали новую кнопку, которую мы можем крутить, чтобы затронуть свойства этих материалов и видеть, как они реагируют».