Fisikawan telah menemukan penjelasan untuk perilaku paradoks superkonduktor "sangat kotor" pada suhu rendah. Bahan yang menjanjikan ini dapat digunakan untuk membuat komputer kuantum. Dengan memahami mengapa zat tersebut tidak mematuhi teori standar superkonduktivitas, para ilmuwan akan dapat membuat qubit yang paling terisolasi - unit komputasi dasar komputer kuantum. Pekerjaan tim peneliti dengan partisipasi karyawan L. D. Landau RAS diterbitkan dalam jurnal Nature Physics.
Superkonduktor adalah bahan yang, dalam kondisi tertentu, hambatan listrik benar-benar hilang. Ini berarti arus listrik dapat mengalir melalui kabel yang terbuat dari bahan ini tanpa kehilangan, sedangkan pada kabel konvensional sebagian energinya hilang sebagai panas. Superkonduktivitas ditemukan 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 menciptakan teori superkonduktivitas umum (yang disebut teori BCS), yang segera memenangkan Hadiah Nobel - begitu jelasnya signifikansi kolosal dari fenomena tersebut.
Teori BCS meramalkan bagaimana seharusnya superkonduktor berperilaku dalam medan magnet. Ketika bidang kecil, zat seperti itu "mendorong" mereka keluar dari dirinya sendiri, sambil tetap menjadi superkonduktor. Properti fundamental ini disebut efek Meissner. Jika kita terus meningkatkan medan, di beberapa titik properti superkonduktor tiba-tiba menghilang. Nilai di mana medan magnet menekan superkonduktivitas dalam material disebut medan magnet kritis. Itu tergantung pada suhu: semakin dingin, semakin besar bidang kritisnya. Artinya, ketika superkonduktor berada pada suhu yang mendekati suhu kritis, bahkan medan magnet kecil pun cukup untuk membawanya keluar dari keadaan superkonduktor,namun, dengan pendinginan yang sangat kuat (hingga 1/5 dari suhu kritis dan di bawahnya) keteraturan ini menghilang dan medan magnet kritis tidak lagi bergantung pada suhu. Sekarang, untuk menghilangkan bahan dari keadaan superkonduktor, perlu untuk menerapkan medan magnet dengan besaran yang sama - tidak peduli apakah superkonduktor tetap pada suhu ini atau bahkan menjadi dingin.
"Gambaran klasik tentang ketergantungan ini tidak berlaku untuk superkonduktor yang" sangat kotor ",” jelas salah satu penulis artikel, Mikhail Feigelman dari Institut Fisika yang dinamai L. D. Landau. - Istilah ini menunjukkan superkonduktor yang terbuat dari paduan logam dengan kisi kristal yang sangat rusak, hampir tidak berbentuk. Medan magnet kritis terus meningkat kira-kira secara linier dengan penurunan suhu ke nilai rendah sewenang-wenang yang dapat dicapai secara eksperimental. Fakta ini sudah lama diketahui, tapi dia tidak punya penjelasan yang jelas."
Dalam karya baru ini, para ilmuwan dapat memahami apa sifat perilaku atipikal superkonduktor "sangat kotor". Eksperimen utama yang memungkinkan untuk memahami ini adalah pengukuran parameter superkonduktor terpenting lainnya - arus kritis. Ini adalah nilai maksimum arus berkelanjutan yang dapat mengalir dalam superkonduktor tanpa kehilangan energi untuk disipasi menjadi panas. Pada arus yang lebih tinggi, zat kehilangan sifat superkonduktornya, yaitu resistensi muncul di dalamnya, dan sampel zat mulai memanas. Fisikawan telah mengukur bagaimana arus kritis dalam film oksida indium superkonduktor bergantung pada medan magnet. Para ilmuwan melewatkan arus melalui film, yang berada di medan magnet, yang nilainya sedikit lebih kecil dari yang kritis, dan mengamati berapa nilai arus dalam sampel sehingga perilaku superkonduktor akan dihancurkan.
Eksperimen serupa telah dilakukan sebelumnya. Keunikan dari pekerjaan ini adalah bahwa ketergantungan arus superkonduktor maksimum pada medan magnet dalam superkonduktor "sangat kotor" diukur pada medan magnet yang mendekati suhu kritis dan sangat rendah. “Anehnya, ternyata arus kritis dalam cara yang sangat sederhana bergantung pada seberapa dekat medan magnet dengan nilai kritis. Ini adalah hubungan kekuatan-hukum, derajatnya 3/2,”kata Feigelman. Selain itu, para ilmuwan telah menentukan bagaimana medan kritis dalam film indium oksida bergantung pada suhu.
“Dengan melihat hasil dari dua eksperimen ini, kami dapat memahami bagaimana mereka terkait,” kata Feigelman. - Peningkatan yang stabil dalam medan magnet kritis pada suhu rendah dalam superkonduktor "sangat kotor" terjadi karena fakta bahwa dalam keadaan superkonduktor, yang diwujudkan dalam medan magnet yang kuat, terdapat fluktuasi termal dari apa yang disebut pusaran Abrikosov (pusaran arus super kuantum yang muncul pada superkonduktor di bawah efek medan magnet eksternal, yang menembus superkonduktor dengan cara ini). Dan kami menemukan cara untuk menggambarkan fluktuasi ini. " Prediksi teori yang dibuat oleh penulis menggambarkan dengan baik data eksperimen yang diperoleh.
Superkonduktor "sangat kotor", juga disebut superkonduktor sangat tidak teratur, adalah area aktif penelitian dalam fisika modern. Biasanya, semakin "gangguan" yang dimiliki logam, semakin buruk ia menghantarkan arus listrik. Dengan penurunan suhu, konduktivitas logam yang tidak teratur meningkat. Superkonduktor "sangat kotor" berperilaku berbeda: dalam keadaan normal, mereka adalah dielektrik yang lemah dan, ketika didinginkan, mengalirkan arus semakin buruk, tetapi setelah mencapai suhu kritis, mereka tiba-tiba berubah menjadi superkonduktor. "Sebuah superkonduktor dan dielektrik adalah keadaan yang berlawanan dalam sifat-sifatnya, itulah mengapa sangat mengejutkan bahwa dalam zat seperti itu mereka dapat berubah menjadi satu sama lain," jelas Feigelman. - Meskipun superkonduktor "sangat kotor" telah dipelajari selama 25 tahun, teori yang lengkap,yang akan menjelaskan semua keanehan mereka, masih belum ada."
Video promosi:
Dalam beberapa tahun terakhir, minat pada superkonduktor yang tidak teratur juga meningkat karena munculnya area baru di mana zat tersebut sangat diminati. Misalnya, superkonduktor "sangat kotor" ideal untuk mengisolasi bit kuantum superkonduktor - unit komputasi dasar komputer kuantum - dari semua jenis gangguan. Paling mudah untuk mengisolasi mereka dari dunia luar menggunakan elemen dengan induktansi yang sangat tinggi. Ini menentukan seberapa kuat fluks magnet yang diciptakan oleh arus listrik yang mengalir dalam sistem. Induktansi suatu zat semakin besar, semakin rendah kepadatan elemen konduktor di dalamnya, dan parameter ini menurun dengan pertumbuhan "kotoran" dalam superkonduktor.
