Сверхпроводники с дефектами оказались ключом к новым технологиям

Российские исследователи из Национального исследовательского университета Высшей школы экономики (НИУ ВШЭ) и Московского физико-технического института (МФТИ) провели новаторское исследование, посвященное изучению влияния состава электронов в сверхпроводнике на возникновение интертипной сверхпроводимости. Этот феномен представляет собой особое состояние, при котором сверхпроводники демонстрируют необычные свойства.

Ранее считалось, что интертипная сверхпроводимость возникает только в материалах с минимальным количеством примесей. Однако ученые обнаружили, что область интертипной сверхпроводимости сохраняется и даже может быть расширена в материалах с большим количеством примесей и дефектов. Это знание открывает двери к новым возможностям для разработки высокочувствительных сенсоров и детекторов.

Сверхпроводники — это материалы, которые при охлаждении до очень низких температур проводят электричество без потерь энергии. Они обычно делятся на два типа, но существует состояние интертипной сверхпроводимости, при котором материал ведет себя как "гибрид" двух типов.

В обычных материалах присутствует хотя бы небольшое сопротивление, которое препятствует прохождению электрического тока и приводит к потере энергии. Однако некоторые материалы при охлаждении до очень низких температур переходят в состояние, при котором сопротивление утрачивается. Это состояние называется сверхпроводимостью.

Сверхпроводники принято делить на два типа в зависимости от поведения в магнитном поле и значения параметра Гинзбурга-Ландау. Если параметр меньше определенного значения, то материал относится к сверхпроводникам первого типа, если больше — второго.

Ученые обнаружили, что в сверхпроводниках с большим количеством примесей и дефектов область интертипной сверхпроводимости сохраняется. Это возможно в многозонных сверхпроводниках, где присутствуют несколько "сортов" электронов, различающихся по свойствам. Электроны, принадлежащие разным энергетическим зонам, по-разному реагируют на примеси.

Результаты исследования позволяют больше узнать о типах сверхпроводимости и изменении ее свойств в зависимости от условий. Это важно для грамотного использования сверхпроводников в кабелях и мощных магнитах, поскольку токовые и магнитные свойства сверхпроводника зависят от его типа. Также это полезно для разработки новых высокочувствительных устройств.

Исследование расширяет представления о сверхпроводимости и классической классификации сверхпроводников. Оно открывает возможность изучать редкие и экзотические сверхпроводящие состояния. Благодаря тому, что конфигурации магнитного поля при интертипной сверхпроводимости чувствительны к параметрам температуры и тока, в будущем такие сверхпроводники возможно использовать в высокочувствительных сенсорах и детекторах.

Уточнения

Электри́чество — совокупность явлений, обусловленных существованием, взаимодействием и движением электрических зарядов.