В России нашли теоретическое объяснение аномалиям в поведении квантовых вихрей
Исследователи из России вывели уравнение, описывающее движение квантовых вихрей в сверхпроводниках под действием микроволнового тока и объясняющее многие аномальные формы их поведения, в том числе отрицательную эффективную массу этих квантовых структур. Об этом ТАСС сообщила пресс-служба МФТИ.
"Мы вывели новое уравнение движения вихря, которое включает это запаздывание в явном виде. В результате удалось не просто подогнать теорию под эксперимент, а математически объяснить, почему на высоких частотах возникает аномальное поведение - в частности, эффект, похожий на "отрицательную эффективную массу" вихря", - заявил директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ Василий Столяров, чьи слова приводит пресс-служба вуза.
Как объясняют Столяров и другие ученые, еще в середине прошлого века советские физики Лев Горьков и Алексей Абрикосов обнаружили, что в некоторых материалах, которые ученые сейчас называют сверхпроводниками второго рода, могут возникать особые магнитные "воронки", своеобразные квантовые вихри, окруженные сверхпроводящей средой.
Присутствие этих квантовых структур, получивших название вихри Абрикосова, делает данные сверхпроводники особенно интересными для создания различных квантовых сенсоров и вычислительных устройств. Для этого нужно понимать, как возникают эти "воронки" и чем обусловлены недавно открытые аномалии в поведении этих структур и характере их взаимодействия с высокочастотным током, чье существование не предсказывается уже существующими теориями.
Российским физикам удалось найти теоретические объяснение существованию этих аномалий благодаря тому, что они добавили в классическую теорию Гинзбурга - Ландау, описывающую феномен сверхпроводимости, ранее неучтенный эффект "запаздывания". Он проявляется в том, что перестройка электрической структуры, окружающей движущийся вихрь, происходит не мгновенно, а с небольшой, но при этом ненулевой задержкой.
Когда исследователи учли существование этой задержки в теоретических расчетах, им удалось воспроизвести характерные упругие силы, которые удерживают вихри и замедляют их при воздействии электрических токов сверхвысокой частоты, применяемых, в частности, в сверхпроводниковых квантовых компьютерах. В перспективе, это позволит точно управлять поведением кубитов, квантовых ячеек памяти, и разрабатывать другие квантовые устройства, работающие на гигагерцовых частотах, подытожили ученые.