Um grupo internacional de cientistas, incluindo um pesquisador da Skoltech, concluiu um estudo experimental e teórico sobre as propriedades exibidas por supercondutores fortemente desordenados em temperaturas muito baixas. Após uma série de experimentos, os cientistas desenvolveram uma teoria que descreve efetivamente as anomalias anteriormente inexplicáveis ​​encontradas nos supercondutores. Os resultados do estudo foram publicados em Física da Natureza .

O fenômeno da supercondutividade foi descoberto em 1911 por um grupo de cientistas liderado pelo físico holandês Heike Kamerlingh Onnes. Supercondutividade significa o desaparecimento completo da resistência elétrica em um material quando ele é resfriado a uma temperatura específica, resultando no campo magnético sendo forçado para fora do material. De particular interesse para os cientistas são os supercondutores fortemente desordenados, cujos átomos não formam redes cristalinas. Do ponto de vista prático, supercondutores fortemente desordenados possuem grande potencial para o desenvolvimento de computadores quânticos.

Em temperaturas muito baixas, os supercondutores exibem uma anomalia que não pode ser explicada em termos da teoria clássica da supercondutividade. Esta anomalia diz respeito à dependência do campo magnético máximo com a temperatura, que ainda é consistente com o comportamento supercondutor do material. Este campo máximo, também conhecido como campo "crítico superior", sempre aumenta à medida que a temperatura da amostra diminui, enquanto que em supercondutores regulares, quase para de crescer em temperaturas várias vezes mais baixas do que a temperatura de transição supercondutora. Por exemplo, no caso de filmes de óxido de índio amorfo usados ​​neste estudo que se tornam supercondutores a 3 K (-270 ^o C), seria de se esperar que o campo magnético crítico parasse de crescer em temperaturas abaixo de 0,5 K. No entanto, o experimento indica que o campo crítico continua crescendo mesmo quando a temperatura cai para os valores mais baixos possíveis (cerca de 0,05 K neste experimento), e seu crescimento não mostra sinais de saturação.

Cientistas da Skoltech, Instituto Landau de Física Teórica, Institut Néel (França), O Instituto Weizmann de Ciência (Israel) e a Universidade de Utah (EUA) demonstraram que a anomalia é causada por flutuações térmicas de vórtices quânticos de Abrikosov. O campo magnético que penetra no supercondutor desordenado tem a forma de vórtices, ou seja, tubos, cada um carregando fluxo magnético igual ao valor fundamental hc / 2e, onde h é a constante de Plank, c é a velocidade da luz, e e é a carga do elétron.

No zero absoluto, esses vórtices são imóveis e rigidamente ligados à estrutura do átomo, enquanto qualquer temperatura diferente de zero leva a flutuações dos tubos de vórtice em torno das bases. A força dessas flutuações aumenta com a temperatura, e isso resulta em uma diminuição no campo magnético que pode ser aplicado a um material sem afetar suas propriedades supercondutoras.

“Desenvolvemos uma teoria do efeito das flutuações térmicas dos vórtices de Abrikosov sobre o valor do campo crítico superior, que nos ajudou a estabelecer uma relação entre dois tipos diferentes de medições, "diz Mikhail Feigelman, principal cientista pesquisador da Skoltech e vice-diretor do Instituto Landau de Física Teórica.

Obter uma visão sobre o comportamento de supercondutores fortemente desordenados é essencial para seu uso em bits quânticos supercondutores - elementos-chave dos computadores quânticos. Tornou-se óbvio há alguns anos que várias aplicações neste campo requerem elementos muito pequenos com alta indutância (inércia elétrica), e os supercondutores fortemente desordenados são os mais adequados para esses elementos de "superindutância". "A compreensão do comportamento desses materiais ajudará a criar bits quânticos supercondutores altamente isolados do ruído externo, "diz Feigelman.