Новое уравнение движения вихрей поможет точнее рассчитывать сверхпроводящие устройства

Физики из МФТИ, ВНИИА и Института физики микроструктур РАН вывели уравнение движения вихрей в сверхпроводниках, которое учитывает, что возникающий при этом избыточный заряд исчезает не мгновенно

Вихри — это крошечные водовороты тока, через которые магнитное поле проникает в сверхпроводник. Новое уравнение учитывает не только трение и закрепление вихрей, но и запаздывание (ретардацию). Когда вихрь движется, сверхпроводящий ток внутри его сердцевины частично превращается в обычный, и возникает область с избыточным зарядом. Исчезает она не мгновенно, а за определённое время, которое растёт при приближении к критической температуре — порогу, ниже которого материал становится сверхпроводником.

То, как вихрь откликается на переменный ток, зависит от частоты. На низких частотах из-за запаздывания он ведёт себя так, будто у него «отрицательная масса», а на высоких — будто на него действует дополнительная сила, возвращающая его на место, похожая на закрепление. От этого напрямую зависит кинетическая индуктивность сверхпроводника — свойство, которое задаёт рабочую частоту и качество резонаторов, детекторов, усилителей и устройств считывания кубитов.

Новая модель поможет точнее проектировать кубиты для квантовых компьютеров, детекторы фотонов для астрономических телескопов и систем связи. При этом у модели есть ограничения: она предполагает, что избыточный заряд рассасывается на расстоянии меньше размера сердцевины вихря (длины когерентности), а когда вихрей много, нужно учитывать, как они взаимодействуют и выстраиваются в упорядоченную решётку.

В дальнейшем учёные планируют исследовать режимы, в которых вихри расположены ближе друг к другу. Это позволит лучше предсказывать поведение реальных устройств на основе сверхпроводников в разных условиях.

Ранее по теме: Ступеньки высотой в один атом проложили «шоссе» для квантовых вихрей в сверхпроводниках

Источник: МФТИ