Напряженный металлический материал контролирует сверхпроводимость
Москва, 20:14, 11 Окт 2019, редакция FTimes.ru, автор Сергей Кузнецов.
Ученые Корнеллского университета нашли способ контролировать сверхпроводимость металлического материала, напрягая и деформируя его.
Исследователи во главе с Катей Новак, доцентом физики в Колледже искусств и наук, сотрудничали с командой, возглавляемой Филиппом Моллом из Института материаловедения и инженерии в Французской Политехнической академии в Лозанне, Швейцария. Их статья «Пространственное управление сверхпроводимостью тяжелых фермионов в CeIrIn5» опубликована 11 октября в журнале Science.
Команда Молла проводила измерения сверхпроводимости в микроструктурных устройствах, изготовленных из церия-иридия-индия-5 (CeIrIn5), тяжелого фермионного металла. Команда была озадачена тем, что критическая температура устройства — точка, в которой исчезает электрическое сопротивление и возникает сверхпроводимость, также известная как температура перехода — изменилась, когда устройства были измерены в различных конфигурациях. Как правило, критическая температура должна быть одинаковой во всей конструкции.
Новак решила исследовать проблему. В ее лаборатории был создан сканирующий зондовый микроскоп для высокочувствительной магнитной визуализации, который работает при температурах до 10 милликельвинов и идеально подходит для визуализации структур, которые изучал Молл. Зонды представляют собой сверхпроводящие квантовые интерференционные устройства или СКВИДы.
Когда Новак и ее команда изобразили небольшие структуры, они поняли, что деформации в материале позволяют сверхпроводимости формироваться пространственным образом.
Чтобы изготовить устройства, команда Молла приклеила кристаллические структуры CeIrIn5 к слою сапфира и сформировала их с помощью фокусирующего ионного пучка, который функционирует как миниатюрный пескоструйный аппарат. Как и большинство металлов, CeIrIn5 сжимается при охлаждении. Но сапфир, изолятор, почти не сжимается. Когда два материала были охлаждены вместе, CeIrIn5 был деформирован механическим натяжением между двумя слоями.
«Критическая температура в CeIrIn5 реагирует на напряжение», — сказала Новак. «Таким образом, если потянуть за кристалл в одном направлении, температура станет немного выше, а затем потянуть за кристалл в другом направлении, чтобы она понизилась».
Эти напряжения могут сдвинуть температуру сверхпроводящего перехода почти в четыре раза, примерно от 200 до 800 милликельвинов.
Использование этого метода позволяет исследователям модулировать сверхпроводимость, не полагаясь на химический процесс, известный как легирование, который может поставить под угрозу чистоту кристалла и его электронные свойства.
По словам Новак, одним из наиболее непосредственных применений является создание так называемых джозефсоновских переходных устройств, которые по сути являются «сэндвичами со сверхпроводниками» — тонкими изоляторами или металлами, расположенными между двумя сверхпроводниками, которые могут обеспечивать нелинейное электрическое поведение. Джозефсоновские переходы являются строительными блоками сверхпроводящей логики и квантовых цепей, которые в будущем могут значительно повысить быстродействие электроники и вычислительной техники.
Джозефсоновский переход, основанный на этой работе, будет сделан в том же чистом куске кристалла с тонкой металлической частью, созданной посредством сфокусированной деформации.
«Иногда стресс может дать потрясающие результаты», — говорит Новак.
Исследования Корнелла были в основном поддержаны Министерством энергетики США и Центром исследований материалов Корнелла.
