Ученые выяснили, как организованный беспорядок усиливает сверхпроводимость
Сверхпроводимость — особое состояние материала, при котором электрический ток проходит через него без потерь энергии. Обычно в материалах с дефектами она возникает при очень низких температурах и в несколько этапов. Международная команда ученых, включая физиков МИЭМ ВШЭ, показала: если дефекты распределены внутри материала не случайно, а по определенной схеме, сверхпроводимость возникает при более высокой температуре и охватывает весь материал. Данные могут помочь в создании сверхпроводников, работающих без экстремального охлаждения. Исследование опубликовано в журнале Physical Review B.
Сверхпроводимость — это состояние, при котором электрический ток течет через материал без потерь энергии. В обычных проводниках часть энергии уходит в тепло, а в сверхпроводниках этого не происходит: ток движется свободно и не ослабевает. Их уже применяют, например, в аппаратах МРТ, где сверхпроводящие катушки используют для создания магнитных полей. В будущем их также могут внедрять в системы, где важна передача энергии без потерь и быстрая обработка сигналов. Сложность в том, что почти все сверхпроводники работают только при температурах ниже −140 °C, что ограничивает их применение на практике. И чтобы сделать сверхпроводники стабильнее, физики ищут способы повысить их рабочую температуру.
Исследователи из Центра квантовых метаматериалов МИЭМ ВШЭ совместно с коллегами из МИФИ, МФТИ и Федерального университета штата Пернамбуку (Бразилия) показали, что сверхпроводимость можно сделать устойчивее, если управлять расположением дефектов. Дефекты — это отклонения от идеальной кристаллической решетки материала: лишние или пропущенные атомы, примеси, искажения. Обычно они мешают движению электронов и ослабляют сверхпроводимость, но избавиться от них полностью невозможно, особенно в многокомпонентных материалах. Ученые предложили не устранять их, а выстраивать по закономерности. Такое распределение дефектов называется коррелированным беспорядком.
Алексей Вагов
«Представьте толпу людей, хаотично движущихся в разные стороны, — это классический беспорядок. А теперь вообразите, что те же люди двигаются по сложной, но скоординированной схеме, как в массовом танце, — так выглядит коррелированный хаос, — рассказывает профессор Московского института электроники и математики им. А.Н. Тихонова Алексей Вагов. — Оказалось, что в сверхпроводниках такой беспорядок приводит к тому, что дефекты начинают способствовать сверхпроводимости».
Обычно в материалах с дефектами сверхпроводимость возникает в два этапа. Сначала появляются локальные участки, где сверхпроводимость только зарождается, а затем, при понижении температуры, эти участки соединяются, и ток может течь через весь образец. Ученые смоделировали двумерный сверхпроводник с разным распределением дефектов — от случайного до коррелированного, где примеси связаны друг с другом. Результаты показали, что, если беспорядок в материале не хаотичный, а упорядоченный, переход происходит сразу: сверхпроводимость возникает по всей системе одновременно.
Ученые считают, что данные будут полезны при разработке тонких сверхпроводящих пленок, структура которых во многом похожа на ту, что использовалась в модели. При синтезе таких пленок можно заранее задать, где именно будут находиться дефекты, — это удобно и для проверки теории, и для того, чтобы создавать материалы с заданными свойствами.
«Управление расположением дефектов на микроскопическом уровне может помочь создавать сверхпроводники, работающие при гораздо более высоких температурах — возможно, даже при комнатной. Тогда сверхпроводимость перестанет быть редкостью из лабораторий и сможет применяться в обычных устройствах», — комментирует Алексей Вагов.
Работа выполнена при поддержке гранта Минобрнауки 075-15-2025-010 и Программы фундаментальных исследований НИУ ВШЭ в рамках проекта «Центры превосходства».
Вам также может быть интересно:
Нейролингвисты ВШЭ выяснили, какие приложения лучше помогают восстановить речь
Ученые Центра языка и мозга НИУ ВШЭ выявили факторы, которые делают цифровые приложения для реабилитации больных с афазией более эффективными. Обратная связь, разнообразие игровых задач, длительный период реабилитации и постоянный контакт с лечащим врачом оказались наиболее важными для восстановления речевой функции. Статья опубликована в журнале NeuroRehabilitation.
«Нет цели сказать, как правильно. Мы стремимся исследовать вариативность»
В НИУ ВШЭ работает Международная лаборатория языковой конвергенции факультета гуманитарных наук, в центре внимания которой взаимодействие языков разных народов, живущих в регионах со смешанным полиэтничным населением. Исследования ученых Вышки помогают лучше понять историю развития языков и изучить особенности восприятия и использования языков в многоязычной среде. Подробнее об этом в интервью «Вышке.Главное» рассказал заведующий лабораторией Георгий Мороз.
От нейронных сетей до фондовых рынков: как развивают компьютерные науки в нижегородской ВШЭ
Созданная в 2011 году Международная лаборатория алгоритмов и технологий анализа сетевых структур (ЛАТАСС) НИУ ВШЭ в Нижнем Новгороде ведет широкий спектр фундаментальных и прикладных исследований, в том числе совместные проекты с крупными компаниями: Сбером, Яндексом и другими лидерами IT-отрасли. Разработанные учеными Вышки методы не только обогащают науку, но и позволяют улучшить работу транспорта компаний, более успешно вести медицинские и генетические исследования. О работе лаборатории «Вышка.Главное» побеседовала с ее заведующим — профессором Валерием Калягиным.
Ученые выявили когнитивные механизмы биполярного расстройства
Международная команда исследователей с участием ученых из НИУ ВШЭ экспериментально показала, что люди, страдающие биполярным расстройством, считают мир более нестабильным, чем он есть на самом деле, и из-за этого чаще принимают нерациональные решения. Ученые предполагают, что полученные результаты позволят в будущем разработать более точные методы диагностики и терапии биполярного аффективного расстройства. Статья опубликована в журнале Translational Psychiatry.
Гражданская идентичность помогает россиянам поддерживать психологическое здоровье в условиях санкций
Исследователи НИУ ВШЭ выяснили, что осознание себя частью страны может психологически помогать в трудные периоды, особенно, если человек склонен переосмысливать происходящее или обращаться к духовным и культурным ценностям. Переосмысление, в том числе, способно несколько снизить уровень депрессии. Исследование опубликовано в Journal of Community Psychology.
Когда мысли становятся движением: как нейроинтерфейсы меняют медицину и жизнь
В начале XXI века человек все чаще становится не просто наблюдателем, а активным участником технологической революции. Среди достижений, способных изменить судьбы миллионов людей, особое место занимают нейроинтерфейсы — системы, связывающие мозг с внешними устройствами. Именно они стали центральной темой весенней Международной школы «Нейроинтерфейсы нового поколения», прошедшей в стенах НИУ ВШЭ.
«У науки нет национальных границ»
Иностранные ученые успешно продолжают работу в лабораториях Вышки, сочетая фундаментальные и прикладные исследования, позволяющие достичь значимых результатов. О деятельности Лаборатории алгоритмов и технологий анализа сетевых структур в НИУ ВШЭ — Нижний Новгород новостная служба «Вышка.Главное» побеседовала с ее научным руководителем — профессором Паносом Пардалосом.
Ученые ВШЭ рассказали, как определить важные для речевой функции области мозга при операциях
Сотрудники Центра языка и мозга НИУ ВШЭ провели школу по трактографии — методу, который позволяет «увидеть» важнейшие связи в мозге и помогает хирургам избежать повреждений критически важных для речевой функции областей во время операции. Участниками курса стали нейрохирурги и радиологи из Москвы и других регионов страны, интересующиеся методами предоперационного картирования речи.
«Огромное счастье — возможность обсудить свои научные идеи с заинтересованными людьми»
Созданная в нижегородском кампусе Вышки Международная лаборатория динамических систем и приложений ведет глубокие теоретические изыскания и прикладные исследования, среди которых изучение океанических волн, пересоединений солнечной короны, вулканических явлений и устойчивости судов. Ее ученые, за последние 5 лет выигравшие более 20 значимых научных грантов, активно сотрудничают с российскими и зарубежными коллегами из Китая, Испании, США, Великобритании, Бразилии и других стран. О работе лаборатории новостная служба «Вышка.Главное» побеседовала с ее заведующей, профессором Ольгой Починкой.
Лингвисты НИУ ВШЭ выяснили, как билингвы используют конструкции с числительными в русском языке
Исследователи ВШЭ выделили более 4000 примеров устной русской речи билингвов из семи регионов России и выяснили: большинство нестандартных форм в конструкциях с числительными связано не только с их родным языком, но и с тем, как часто выражение встречается в повседневной речи. Например, фразы «два часа» или «пять километров» почти всегда совпадают с литературным вариантом, а вот менее привычные выражения, особенно с числительными от двух до четырех, а также с собирательными формами вроде «двое» или «трое», часто звучат иначе. Исследование опубликовано в журнале International Journal of Bilingualism.