Un grupo internacional de científicos, incluyendo un investigador de Skoltech, ha completado un estudio experimental y teórico sobre las propiedades que muestran los superconductores fuertemente desordenados a muy bajas temperaturas. Tras una serie de experimentos, los científicos desarrollaron una teoría que describe eficazmente las anomalías previamente inexplicables encontradas en superconductores. Los resultados del estudio se publicaron en Física de la naturaleza .

El fenómeno de la superconductividad fue descubierto en 1911 por un grupo de científicos dirigido por el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes. La superconductividad significa la desaparición completa de la resistencia eléctrica en un material cuando se enfría a una temperatura específica, dando como resultado que el campo magnético sea expulsado del material. De particular interés para los científicos son los superconductores fuertemente desordenados cuyos átomos no forman redes cristalinas. Desde un punto de vista práctico, Los superconductores fuertemente desordenados tienen un gran potencial para el desarrollo de computadoras cuánticas.

A temperaturas muy bajas, Los superconductores presentan una anomalía que no se puede explicar en términos de la teoría clásica de la superconductividad. Esta anomalía se refiere a la dependencia de la temperatura del campo magnético máximo que aún es consistente con el comportamiento superconductor del material. Este campo máximo, también conocido como el campo "crítico superior", siempre aumenta a medida que desciende la temperatura de la muestra, mientras que en los superconductores regulares, casi deja de crecer a temperaturas varias veces más bajas que la temperatura de transición superconductora. Por ejemplo, en el caso de las películas amorfas de óxido de indio utilizadas en este estudio que se vuelven superconductoras a 3 K (-270 ^o C), uno esperaría que el campo magnético crítico dejara de crecer a temperaturas por debajo de 0.5 K. Sin embargo, el experimento indica que el campo crítico sigue creciendo incluso cuando la temperatura desciende a los valores más bajos posibles (alrededor de 0.05 K en este experimento), y su crecimiento no muestra signos de saturación.

Científicos de Skoltech, Instituto Landau de Física Teórica, Institut Néel (Francia), El Instituto de Ciencia Weizmann (Israel) y la Universidad de Utah (EE. UU.) Demostraron que la anomalía es causada por fluctuaciones térmicas de los vórtices cuánticos de Abrikosov. El campo magnético que penetra en el superconductor desordenado tiene forma de vórtices, es decir, tubos, cada uno de los cuales lleva un flujo magnético igual al valor fundamental hc / 2e, donde h es la constante de Plank, c es la velocidad de la luz, ye es la carga del electrón.

En el cero absoluto, Estos vórtices están inmóviles y rígidamente unidos a la estructura del átomo, mientras que cualquier temperatura distinta de cero conduce a fluctuaciones de los tubos de vórtice alrededor de las bases de operaciones. La fuerza de estas fluctuaciones crece con la temperatura, y esto da como resultado una disminución del campo magnético que se puede aplicar a un material sin afectar sus propiedades superconductoras.

"Hemos desarrollado una teoría del efecto de las fluctuaciones térmicas de los vórtices de Abrikosov sobre el valor del campo crítico superior, lo que nos ayudó a establecer una relación entre dos tipos diferentes de medidas, "dice Mikhail Feigelman, científico investigador principal de Skoltech y subdirector del Instituto Landau de Física Teórica.

Obtener una idea del comportamiento de superconductores fuertemente desordenados es esencial para su uso en bits cuánticos superconductores, elementos clave de las computadoras cuánticas. Hace unos años se hizo evidente que múltiples aplicaciones en este campo requieren elementos muy pequeños con alta inductancia (inercia eléctrica), y los superconductores fuertemente desordenados son los que mejor se adaptan a tales elementos de "superinductancia". "La comprensión del comportamiento de estos materiales ayudará a crear bits cuánticos superconductores altamente aislados del ruido externo, "dice Feigelman.