Учебная работа. Доклад: О природе высокотемпературной сверхпроводимости
Даже те, кто далеки от науки, слышали о сверхпроводимости. Сущность этого явления, которое было открыто около 100 лет вспять, состоит в том, что у неких материалов при довольно низких температурах отсутствует электронное сопротивление. Такие сверхпроводники отталкивают от себя магнитное поле. Конкретно на этом основан красивый демо опыт, когда небольшой магнит левитирует, другими словами парит, над сверхпроводником без всякой поддержки.
Длительное время физики не могли разъяснить это явление, ну и практического внедрения ему не находилось. Но к середине прошедшего века ученые наконец смогли осознать природу сверхпроводимости. Сделалось ясно, что и индустрии весьма необходимы такие материалы. Но употреблять сверхпроводимость не удавалось по техническим и экономическим причинам, так как вещества было надо охлаждать до весьма низких температур.
Ситуация поменялась поближе к концу прошедшего века, когда было открыто огромное количество новейших, необыкновенных сверхпроводящих соединений, владеющих тотчас необычными качествами. В неких из их, так именуемых высокотемпературных сверхпроводниках, явление появлялось при еще наиболее больших температурах, хотя все еще намного ниже нуля по Цельсию. И, тем не наименее, высокотемпературные сверхпроводники, с которыми было проще и дешевле работать, стали интенсивно заходить в нашу жизнь.
сейчас сверхпроводимость употребляют и в транспорте (монорельсы), и в медицине (разные датчики, снимающие магнитокардиограммы и магнитоэнцефалограммы), и при производстве циклопических ускорителей, и при постройке экспериментальных термоядерных реакторов. Непременно, что внедрение сверхпроводимости будет в наиблежайшие годы расширяться — взять хотя бы квантовые компы, в каких без сверхпроводимости не обойтись.
Но до сего времени природа необыкновенной высокотемпературной сверхпроводимости остается для ученых загадкой. В обыденных сверхпроводниках сверхпроводимость характеризуется параметром порядка, который может зависеть лишь от координат. Само же явление сверхпроводимости возникает в итоге притяжения электронов поблизости поверхности Ферми из-за обмена фононами. Что все-таки касается необыкновенных (анизотропных) сверхпроводников, то в их параметр порядка может зависеть от направления импульса, но механизм образования сверхпроводимости в их до сего времени не понят. И хотя в исследовании необыкновенной сверхпроводимости уже достигнут значимый прогресс — к примеру, стопроцентно идентифицирован тип симметрии параметра порядка в высокотемпературных сверхпроводниках, — непонятого и неисследованного в данной области еще весьма много. Мои научные интересы соединены с исследованием этого круга заморочек.
Я занимаюсь теоретическим исследованием высокотемпературных сверхпроводников (высокотемпературные купраты) и киральных сверхпроводников (рутенат, сверхпроводящее соединение с томными фермионами ). Все эти сверхпроводники очень анизотропны. Как правило, я рассматриваю неоднородные системы, состоящие из анизотропных и обыденных сверхпроводников, обычных металлов, диэлектриков и ферромагнетиков. Это могут быть эталоны весьма малеханьких размеров, в каких принципиальна дискретная структура сверхпроводника, либо контакты со слабенькой связью меж разными подсистемами, либо эталоны сложной геометрической формы из анизотропных сверхпроводников. При исследовании таковых систем обычно употребляют способ квазиклассических гриновских функций либо решеточные модели сверхпроводимости с мощной связью.
В большинстве таковых систем важную роль играют андреевские связанные состояния, которые почти во всем определяют транспортные характеристики контактов: джозефсоновский ток и низкоэнергетическую часть кондактанса. (Замечу, что рассматриваемые мною системы — это или контакты сами по для себя, или их возможная составная часть.) Потому очень любопытно разглядеть характеристики спектров квазичастичных возбуждений в таковых системах, в особенности наличие и вид андреевских связанных состояний на границах разделов в сверхпроводниках, зависимость их спектров от направления импульса на поверхности Ферми, последствия интерференции от разных связанных состояний в образчиках сложной формы. Асимметрия спектров андреевских связанных состояний нередко связана с возникновением спонтанных токов, которые появляются на поверхностях раздела в системах с анизотропными сверхпроводниками. Если геометрическая форма системы довольно сложна, то из-за спонтанных токов может быть возникновение вихревых магнитных структур в областях извива границ раздела.
Непременно, любопытно на теоретическом уровне учить те характеристики, которые могут быть экспериментально измерены. Для рассматриваемых систем это сбалансированные и неравновесные транспортные свойства, также плотность состояний в образчике. Посреди транспортных черт нужно выделить джозефсоновский ток, для которого обычно рассчитывают зависимости критичного тока от температуры и/либо магнитного поля, приложенного к системе. Пример неравновесной транспортной свойства разных контактов с анизотропными сверхпроводниками — кондактанс. Форма кондактанса и разные индивидуальности на его низкоэнергетической части также соединены с параметрами спектров связанных состояний, которые, в свою очередь, различны для разных типов спаривания. Огромное воздействие на проводимость контактов оказывает зависимость прозрачности барьера от направления импульса, скоррелированная с зависимостью от направления импульса спектров связанных состояний. Любопытно поглядеть, как влияет наружное магнитное поле на все изучаемые свойства, тем наиболее что наружное магнитное поле — один из самых комфортных «инструментов» для действия на систему. Все это и сделалось предметом моих научных исследовательских работ.
За крайние три года мне удалось изучить критичный джозефсоновский ток в уголковых SND (обыденный сверхпроводник-нормальный металл-высокотемпературный сверхпроводник) контактах в магнитном поле, также диапазоны андреевских связанных состояний и джозефсоновских токов в симметричных туннельных контактах с киральными сверхпроводниками. В итоге удалось предсказать возникновение логарифмической аномалии в низкотемпературной части зависимости критичного джозефсоновского тока от температуры. Удалось также узнать, что положение пиков в кондактансе туннельных SIN (сверхпроводник-туннельный барьер-нормальный сплав) и SIS (сверхпроводник-туннельный барьер-сверхпроводник) контактов соединено с чертами спектров связанных состояний, и предсказать, что на эту связь очень влияет форма зависимости прозрачности туннельного барьера от направления импульса падающих квазичастиц. Еще один принципиальный итог — обнаружение нетривиальности идентификации андреевских связанных состояний в узеньких проволочках сверхпроводников и мощного эффекта четности зависимо от поперечной ширины проволочки.
]]>