Forskare från Moskvas institut för fysik och teknik, Lomonosov Moskva statsuniversitet, och Institute of Solid State Physics vid Ryska vetenskapsakademien har visat möjligheten att upptäcka Abrikosovvirvlar som tränger in genom ett superledare-ferromagnet-gränssnitt. Den enhet som ansågs i deras studie, publicerad i Vetenskapliga rapporter , är en ferromagnetisk nanotråd med supraledande elektroder anslutna till den.

Supraledare är material som har egenskapen att förlora elektriskt motstånd under en viss kritisk temperatur Tc. En annan häpnadsväckande egenskap hos supraledare är magnetfältsutdrivning (levitation). Denna effekt är resultatet av en ström som flödar över superledarens yta, skärmar av magnetfältet. Det finns också supraledare av typ II, som är genomträngliga för det magnetiska flödet i form av kvantiserade virvlar vid en temperatur under kritisk. Detta fenomen fick sitt namn efter Alexey Abrikosov, som ursprungligen förutspådde det. En Abrikosov-virvel är en supraledande strömvirvel med en icke-supraledande kärna som bär ett magnetiskt flödeskvantum.

Olga Skryabina, den första författaren till uppsatsen och en forskare vid MIPT -laboratoriet, säger:"Forskningens mål var att studera samexistensen av antagonistiska fenomen i 1-D supraledare-ferromagnetsystem. Sådana system har nyligen varit av stort intresse på grund av deras starka magnetiska anisotropi med olika dimensions- och spinneffekter. Dessa fenomen gör sådana system ett lovande val för funktionella hybrid nano-enheter, t.ex., supraledande strömomvandlare, spinnventiler, magnetoresistivt RAM. Vi kopplade en ferromagnetisk nickel nanotråd till supraledande niobelektroder."

Forskarna har undersökt ett system av två supraledande niobelektroder sammankopplade med en nanotråd av nickel (Figur 1). Det har visat sig att när magnetfältet varierar, nanotrådsmotståndet beror starkt på effekterna som uppstår vid superledar-ferromagnetgränsen.

Först, fysikerna ansåg systemet i sitt normala tillstånd, när temperaturen är över den kritiska, och magnetfältet penetrerar lika mycket alla delar av strukturen (Figur 2a.) Provresistansen förändrades inte signifikant med ökningen av magnetfältstyrkan. Sedan sänkte forskarna temperaturen under det kritiska värdet. Niobelektroderna övergick till ett supraledande tillstånd, och deras motstånd sjönk till noll. På samma gång, experimenterade observerade en drastisk ökning av systemresistensen. Den enda förklaringen till detta var bidraget från supraledare-ferromagnetgränserna till resistansen. Samtidigt niob började leda skärmströmmar, och supraledaren började driva ut magnetfältet (Figur 2b). Dessa fenomen resulterar i ovanliga magnetiska motståndskurvor med sågtand, och en förskjutning i förhållande till olika svep (Figur 3.)

Olga Skryabina fortsätter:"Vi placerade provet i ett magnetfält parallellt med nanotrådens centrumlinje. Det visade sig att genom att mäta provets motstånd under sådana förhållanden, vi kan upptäcka det ögonblick då en magnetisk flödeskvant kommer in i eller existerar en supraledande. "

En virvelpenetration och utträde in i/från niob (Figur 2c) orsakar sågtandens elektriska motstånd. Nickel nanotråden i systemet fungerar som en blixtstång som "attraherar" magnetfältet. En kontakt med den försvagar niobelektrodens supraledning, och, Således, lokaliserar Abrikosovvirvlarnas penetrationspunkt. Forskningen visar en enorm skillnad mellan dessa supraledande kedjor och konventionella elektriska kretsar. Det finns ett behov av mer forskning om hybridsupraledareenheter för att utveckla mer avancerade supraledande digitala och kvantdatorer, och superkänsliga sensorer.