Olga Skryabina, investigador del Laboratorio de Fenómenos Topológicos Cuánticos en Sistemas Superconductores, MIPT, está monitoreando la soldadura por microprocesador de contacto a chip. Crédito:Evgeniy Pelevin, Oficina de Prensa MIPT
Investigadores del Instituto de Física y Tecnología de Moscú, Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, y el Instituto de Física del Estado Sólido de la Academia de Ciencias de Rusia han demostrado la posibilidad de detectar vórtices de Abrikosov que penetran a través de una interfaz superconductor-ferromagnet. El dispositivo considerado en su estudio, publicado en Informes científicos , es un nanoalambre ferromagnético con electrodos superconductores conectados a él.
Los superconductores son materiales que tienen la propiedad de perder resistencia eléctrica por debajo de una determinada temperatura crítica Tc. Otra propiedad asombrosa de los superconductores es la expulsión del campo magnético (levitación). Este efecto resulta de una corriente que fluye sobre la superficie del superconductor, apantallando el campo magnético. También hay superconductores de tipo II, que son penetrables para el flujo magnético en forma de vórtices cuantificados a una temperatura por debajo de la crítica. Este fenómeno lleva el nombre de Alexey Abrikosov, quien lo predijo originalmente. Un vórtice de Abrikosov es un vórtice de corriente superconductor con un núcleo no superconductor que lleva un cuanto de flujo magnético.
Olga Skryabina, el primer autor del artículo e investigador del Laboratorio MIPT, dice:"El objetivo de la investigación era estudiar la coexistencia de fenómenos antagónicos en sistemas ferromagnéticos-superconductores 1-D. Estos sistemas han sido recientemente de gran interés debido a su fuerte anisotropía magnética con varios efectos dimensionales y de espín. Estos fenómenos hacen que tales sistemas una opción prometedora para nanodispositivos híbridos funcionales, p.ej., convertidores de corriente superconductores, válvulas de giro, RAM magnetorresistiva. Conectamos un nanoalambre ferromagnético de níquel a electrodos superconductores de niobio ".
La microfoto de estructura. Gris en el centro:electrodos superconductores de niobio; azul:un nanoalambre de níquel ferromagnético. Graduación:1 μm. A y V (amperímetro y voltímetro) indican el tipo de corriente que pasa a través de la muestra. Crédito:O. V. Skryabina et al., Informes científicos
Los investigadores han investigado un sistema de dos electrodos de niobio superconductores conectados por un nanoalambre de níquel (Figura 1). Se ha encontrado que a medida que varía el campo magnético, la resistencia del nanoalambre depende en gran medida de los efectos que ocurren en el límite superconductor-ferromagnético.
Los procesos que ocurren en el sistema de niobio (bloque gris) / nanocables de níquel (cilindro azul) bajo diversas condiciones ambientales. (a) La temperatura está por encima de la crítica. El sistema está en su estado normal, el campo magnético (flecha negra) atraviesa toda la muestra. (b) La temperatura está por debajo de la crítica. Cuando Hc
Primero, los físicos consideraron el sistema en su estado normal, cuando la temperatura está por encima de la crítica, y el campo magnético penetra igualmente en todas las partes de la estructura (Figura 2a). La resistencia de la muestra no cambió significativamente con el aumento de la fuerza del campo magnético. Luego, los investigadores bajaron la temperatura por debajo del valor crítico. Los electrodos de niobio pasaron a un estado superconductor, y su resistencia se redujo a cero. Al mismo tiempo, los experimentadores observaron un aumento drástico de la resistencia del sistema. La única explicación para esto fue la contribución de los límites del superconductor-ferromagnético a la resistencia. Al mismo tiempo, el niobio comenzó a conducir corrientes de blindaje, y el superconductor comenzó a expulsar el campo magnético (Figura 2b). Estos fenómenos dan como resultado curvas inusuales de resistencia magnética en dientes de sierra, y un cambio relativo a varios barridos (Figura 3.)
Resistencia de la muestra frente a la fuerza del campo magnético externo. Los colores azul y rojo muestran la dirección de barrido del campo magnético. (a) La temperatura está por encima de la crítica. El sistema está en su estado normal, la variación de la resistencia del sistema es baja (principalmente debido a la magnetización inversa del nanocable de níquel). (b) La temperatura está por debajo de la temperatura crítica de transición superconductora. La variación de la resistencia del sistema es mayor en un orden de magnitud. La curva tiene forma de diente de sierra con picos de resistencia correspondientes a la penetración / salida del vórtice de Abrikosov. Los recuadros de ambos diagramas son vistas detalladas ampliadas en el rango de magnetización por inversión de nanocables. Crédito:O. V. Skryabina et al., Informes científicos
Olga Skryabina continúa:"Colocamos la muestra en un campo magnético paralelo a la línea central del nanoalambre. Se encontró que midiendo la resistencia de la muestra en tales condiciones, podemos detectar el momento en que un cuanto de flujo magnético entra o existe un superconductor ".
Una penetración de vórtice y una salida hacia o desde el niobio (Figura 2c) provocan la resistencia eléctrica en forma de diente de sierra. El nanoalambre de níquel del sistema actúa como un pararrayos que "atrae" el campo magnético. Un contacto con él debilita la superconductividad del electrodo de niobio, y, por lo tanto, localiza el punto de penetración de los vórtices de Abrikosov. La investigación demuestra una inmensa diferencia entre estas cadenas superconductoras y los circuitos eléctricos convencionales. Es necesario realizar más investigaciones sobre dispositivos superconductores híbridos para desarrollar computadoras cuánticas y digitales superconductoras más avanzadas. y sensores supersensibles.
