Распределение магнитного поля в квазикристалле с одним вихрем Абрикосова. Изображение: Вячеслав Неверов
Группа ученых из НИЯУ МИФИ, МФТИ и НИУ ВШЭ обнаружила ранее неизвестный эффект в сверхпроводниках на основе квазикристаллов — материалов с уникальной, «запрещенной» классической кристаллографией атомной решеткой. Исследователи впервые продемонстрировали, как магнитные вихри в таких системах меняют свою структуру при изменении температуры. Работа опубликована в журнале Physical Review B.
Ученые впервые доказали, что магнитные вихри (вихри Абрикосова) внутри квазикристалла кардинально меняют свою структуру в зависимости от температуры. При сверхнизких температурах (близких к абсолютному нулю) вихри «застревают» в хаотичных естественных ловушках решетки и формируют уникальный, неповторяющийся апериодический узор. При нагревании (вплоть до критической температуры сверхпроводимости) тепловое воздействие заставляет вихри «вырываться» из ловушек и перестраиваться в классическую треугольную решетку.
Квазикристаллы — материалы с дальним ориентационным порядком, но без трансляционной периодичности — долгое время считались несовместимыми со сверхпроводимостью. Открытие сверхпроводимости в квазикристаллическом сплаве Al-Zn-Mg (2018) и слоистом ван-дер-ваальсовом квазикристалле Ta₈Te₅ (2024) сделало вопрос о поведении вихревой материи в таких системах особенно актуальным, однако магнитные свойства сверхпроводящих квазикристаллов оставались практически неизученными.
Обнаруженный эффект работает как макроскопический «термический переключатель». Новое открытие позволяет «включать» и «выключать» влияние сложного атомного узора на физические свойства материала простым изменением температуры.
Это кардинально расширяет возможности управления квантовыми свойствами сверхпроводников и открывает принципиально новые направления для технологических исследований. Подробнее об этой работе ее авторы рассказали корреспонденту «Научной России».
Сотрудники лаборатории «Теоретическая физика конденсированного состояния вещества» кафедры № 70 Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ. Фото: Николай Бухарский
«Основная трудность подобных исследований заключается в том, что практически все теоретические методы в физике твердого тела работают либо в непрерывном пространстве, либо имеют дело с периодическими кристаллами. Квазикристаллы не укладываются в эти рамки, и для них нужны свои методики. С этой проблемой мы столкнулись при расчете магнитного поля в квазикристалле, поэтому нам пришлось разработать собственный метод, чтобы правильно описать поведение вихревой материи в квазикристаллической решетке», — пояснил руководитель лаборатории «Теоретическая физика конденсированного состояния вещества» Института лазерных и плазменных технологий Национального исследовательского ядерного университета «МИФИ» (НИЯУ МИФИ), доцент, кандидат физико-математических наук Андрей Валерьевич Красавин (на фото: второй слева).
«Фундаментальное значение нашей работы состоит в том, что в квазикристаллах при помощи температуры можно управлять конкуренцией между квазипериодическим потенциалом, который пытается навязать неупорядоченное расположение вихрей, и дальнодействующим отталкивающим взаимодействием между вихрями, которое способствует образованию треугольной решетки Абрикосова. С прикладной точки зрения рассмотренный эффект может послужить стимулом разработки сверхпроводящих материалов с термическим контролем вихревой материи в них», — добавила соавтор работы Муниса Альбертовна Томаева (на фото: в центре).
«Одно из главных направлений исследований нашей группы — влияние коррелированного беспорядка на свойства сверхпроводников. В природе практически не бывает совершенно случайных событий, и в распределении примесей в реальных материалах всегда есть корреляции. В наших работах мы показали, что такие корреляции могут существенно увеличить критическую температуру сверхпроводников. В квазикристаллах сама их структура наводит такие корреляции, поэтому мы хотим поискать пути увеличения критической температуры квазикристаллов», — подытожил А.В. Красавин.
Новость подготовлена при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ
Фотографии в материале: Вячеслав Неверов, Николай Бухарский / НИЯУ МИФИ
