Исследователи из японского Национального института материаловедения обнаружили, что атомные ступени на поверхности тонкого сверхпроводника направляют движение квантовых вихрей. При промежуточных магнитных полях вихри двигались вдоль ступеней более чем в тысячу раз легче, чем поперёк. Результаты исследования опубликовал журнал Physical Review B 30 июля 2026 года.

Температура и поле меняют режим движения

Команда изучала атомно-слойный сверхпроводник из индия на ступенчатой поверхности кремния Si(111)-(√7×√3). Ступени и расположенные вдоль них вихри учёные наблюдали с помощью сканирующего туннельного микроскопа. Подвижность вихрей оценивали по сопротивлению: его измеряли четырёхконтактным методом, поскольку движение вихрей связано с возникновением электрического сопротивления.

Когда магнитное поле проникает в сверхпроводник, в нём возникают вихри: вокруг небольших областей материала циркулирует электрический ток. Двигаясь, вихри могут создавать сопротивление. Измерения показали, что атомные ступени задают им предпочтительное направление, словно рельсы для поезда.

Это можно сравнить с шариком на дорожке, ограниченной бортиками: катиться вдоль неё легко, а пересечь бортик труднее. Это только условная аналогия, не часть эксперимента. При магнитном поле примерно от 0,10 до 0,20 тесла вихри свободно двигались вдоль ступеней, не задерживаясь на дефектах материала. При высоких температурах и слабом поле их движение замедляли зависящие от направления энергетические барьеры. При самых низких температурах преобладало квантовое туннелирование.

Таким образом, изменение температуры и магнитного поля меняет режим движения вихрей, а вместе с ним и силу направляющего эффекта. Исследование касается конкретного атомно-слойного материала: пока неизвестно, проявится ли такое поведение в других сверхпроводниках. Авторы рассматривают управление вихрями как возможное направление для будущих технологий, а не как уже готовое устройство. Для подготовки научных публикаций можно посмотреть услугу по работе с научными статьями.

Концептуальная схема показывает ступени на поверхности сверхпроводника, предпочтительное движение вихрей вдоль них и зависимость режима от температуры и магнитного поля.

Фото: Pixabay / Pexels