Топологические переходы в сверхпроводниковых наномембранах при сильном токе переноса

Topological transitions in superconductor nanomembranes under a strong transport current

Команда ученых из Томского политехнического университета и Института интегративных нанонаук (входит в Дрезденский институт физики твердого тела и материаловедения Ассоциации Лейбница) обнаружила новые необычные свойства сверхпроводящих материалов на примере ниобия. Исследование показало, что эти свойства зависят от геометрической формы образца.

Ученые работали с ниобием в виде сверхтонкой пластинки, свернутой в трубку микронного диаметра. Интересны они тем, что посредством изменения размеров становится возможным управлять свойствами материалов. В работе ученые использовали компьютерную платформу, разработанную для моделирования сверхпроводниковых структур. Вычисления исследователи проводили на суперкомпьютере Дрезденского технического университета.

В результате исследования разработана схема компьютерного моделирования, включающая как геометрию образца, так и физические условия экспериментов: магнитное поле и электрический ток. Далее ее применили к ниобию, который в плоской геометрии хорошо изучен как сверхпроводник. Однако при протекании электрического тока через трубку из ниобия, находящуюся в магнитном поле, как показывает моделирование, возникает резкий скачок ("пик") напряжения в определенном диапазоне значений магнитного поля. Этот скачок является следствием внезапного появления в трубке «островков», в которых материал теряет свои сверхпроводящие свойства.

В плоских структурах сверхпроводников, единожды появившись, такие "островки" имеют тенденцию к росту с повышением магнитного поля и в итоге "захватывают" весь материал. А в самоорганизованных свернутых трубках наблюдается необычный эффект: при повышении магнитного поля эти "островки" исчезают, и весь материал становится вновь сверхпроводящим.