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迈向超导体中涡旋的超快运动
时间:2020-07-23 12:20

来自奥地利,德国和乌克兰的国际科学家团队发现了一种新的超导系统,该系统中的磁通量量子可以以10至15 km / s的速度运动。这为非平衡集合系统的丰富物理研究提供了机会,并使直接写入Nb-C超导体成为单光子探测器的候选材料。研究结果发表在《自然通讯》上。

超导是在低温下发生的物理现象在许多材料中,其通过消失的电阻和从材料内部排出的磁场而表现出来。超导体已经用于医学成像,快速数字电路或灵敏磁力计,并具有进一步应用的巨大潜力。但是,大多数技术上重要的超导体的电导率实际上并不是超级。在这些所谓的II型超导体中,外部磁场以量化的磁通线的形式穿透材料。这些通量线称为Abrikosov涡流,以Alexei Abrikosov的名字命名,他的预测使他获得了2003年诺贝尔物理学奖。在中等强电流下,

在大多数超导体中,低电阻状态受到1 km / s量级的涡旋速度的限制,从而设定了在各种应用中使用超导体的实际限制。同时,这样的速度还不足以解决非平衡集体系统通用的丰富物理问题。现在,来自维也纳大学,法兰克福歌德大学,RAS微结构研究所,哈尔科夫V. Karazin国立大学,B。Verkin NAS低温物理与工程研究所的国际科学家团队发现了一个新的超导系统,其中磁通量量子可以10至15 km / s的速度运动。新的超导体具有罕见的性能组合-高结构均匀性,大临界电流和受热电子的快速弛豫。

《自然》杂志最近的主要作者Oleksandr Dobrovolskiy说:近年来,实验和理论著作指出了一个重大问题;有人认为,电流驱动的涡旋的运动速度甚至可能比超导电荷载体快。维也纳大学通信和超导和自旋电子学实验室负责人。但是,这些研究使用的是局部不均匀的结构。最初,我们使用高质量的清洁膜,但后来发现,肮脏的超导体是支持超快速涡旋动力学的更好的候选材料。不一定像其他非晶态超导体一样弱,加热电子的快速弛豫成为实现超快速涡旋运动的主要因素。

为了进行研究,研究人员在德国法兰克福歌德大学的Michael Huth教授的团队中,通过聚焦离子束诱导沉积法制造了Nb-C超导体。值得注意的是,除了Nb-C中超快的涡旋速度外,直接写入纳米加工技术还允许人们制造具有复杂互连性的复杂形状的纳米结构和3-D磁通电路,这可能会在量子信息处理中得到应用。

为了达到超导体可以承载的最大电流,即所谓的成对电流,人们需要在宏观长度范围内获得相当均匀的样本,这在一定程度上是由于材料中的微小缺陷所致。达到成对电流不仅是一种根本的问题,但对应用程序也很重要;如预期的那样,可以通过单个近红外或光学光子将微米级的超导条切换到电阻状态,前提是该条受到接近解耦电流值的电流偏置并在最近的实验中得到证实。这种方法为构建大面积单光子探测器开辟了前景,这些探测器可用于共聚焦显微镜,自由空间量子密码学,深空光通信。 Denis Vodolazov说,俄罗斯RAS微结构研究所高级研究员。

研究人员成功地研究了快速涡旋如何在肮脏的Nb-C超导带中移动,该带在零磁场附近的临界电流接近去对电流,而临界电流在此。他们的结果表明,由于局部增加的电流密度,磁通流动的不稳定性开始于涡流进入样品的边缘附近。这提供了对广泛使用的磁通流不稳定性模型的适用性的见解,并建议Nb-C是快速单光子探测器的良好候选材料。

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