Область научных исследований группы
Степень реализации поставленных в проекте задач:
В проекте ведутся исследования по трем основным направлениям. Первое направление (А) касается явлений самоорганизации в системах, где ферромагнитное упорядочивание сосуществует со сверхпроводящими корреляциями. Второе направление (Б) сфокусировано на спонтанной самоорганизации и сопутствующих явлениях в системах с несколькими конденсатами, таких как многозонные сверхпроводники. Третье направление (В) - работа с низкоразмерными сверхпроводящими системами, такими как плёнки, массивы нанопроводов и прочее. Поскольку все эти направления включают в себя множество важных нерешённых и взаимосвязанных проблем, задачей проекта являлось свободное исследование в рамках указанных тематик, а не решение какой-либо узко поставленной проблемы.
Прогресса удалось добиться по всем трём указанным направлениям. По результатам исследований были опубликованы три статьи. Две статья появились в Journal of Physical Chemistry Letters, который относится к первому квартелю (Q1) и, более того, принадлежит к первым 10 процентам журналов в данном квартеле по тематике Атомная, Молекулярная и Химическая физика. Одна статья была опубликована в Physical Review B, относящемся ко второму квартелю (Q2). Результаты будут доложены на XXVI Симпозиуме «Нанофизика и наноэлектроника» в Нижнем Новгороде 14-17 марта 2022 года, а также на Condensed Matter Physics World Forum, Барселона, 17-19 марта 2022. Таким образом, цели проекта реализованы. Однако, что очень важно, при этом тематика исследований, предложенных в проекте, далеко не исчерпана.
За отчётный период получены следующие результаты:
(А) Системы с сосуществующими ферромагнитным и сверхпроводящим упорядочиваниями.
Большое значение в рамках данного направления имеет рассмотрение Джозефсоновских контактов с ферромагнитной прослойкой, в которых происходит взаимодействие сверхпроводящего и ферромагнитного параметров порядка. Такие системы перспективны в контексте наблюдения спонтанных суперструктур, включающих совместные паттерны намагничивания и сверхпроводящего конденсата. Важная работа по исследованию Джозефсоновской физики под руководством А. С. Васенко и Т. Карабасова была выполнена В. Д. Пашковской. В данной работе были исследованы вольт-амперные характеристики Джозефсоновского контакта с ферромагнитной прослойкой, были проведены расчёт вольт-амперных характеристик. Работа была удостоена Первой Премии НИРС в 2021 году по теме "Лучшая научно-исследовательская работа по техническим наукам и прикладной математике для студентов бакалавриата и специалитета".
Задача рассмотрения Джозефсоновских контактов с ферромагнитной прослойкой является частью более общей проблемы Джозефсоновской физики. Представителями нашей группы (А. С. Васенко и М. Д. Саматов) был достигнут прогресс в рассмотрении эффектов Джоулева нагрева в Джозефсоновских контактах. В качестве примера была использована схема с графеновой прослойкой. Данный контакт представляет собой два сверхпроводящих резервуара (температура, которых поддерживается равной температуре окружающей среды), к которым подключены две сверхпроводящие линии с графеновом интерфейсом, между ними. При прикладывании напряжения, через контакт потечет ток. Увеличение напряжения, в силу наличия сопротивления в виде интерфейса, приведет к повышению температуры линий, с последующим появлением зон нормального металла. Были проведены расчёты и сравнение результатов с экспериментальными данными. Исследование было опубликовано в Physical Review B, "Joule heating effects in high-transparency Josephson junctions".
(Б) Системы с несколькими конденсатами.
Формирование паттернов во многоконденсатных системах очень чувствительно к сверхпроводящим флуктуациям. Действительно, известно, что сверхпроводники с мелкими зонами, в которых спаривание электронов носит бозонный характер, демонстрируют значительное расширения интертипного домена на фазовой диаграмме (домена между первым и вторым родом сверхпроводимости, в котором вихревая материя образует полосы, острова и другие паттерны). Одновременно, эти системы характеризуются сильными флуктуациями параметра сверхпроводящего спаривания. Эти флуктуации способны подавить сверхпроводимость и сопутствующие сверхпроводящие спонтанные паттерны.
В работе "Robust Superconductivity in Quasi-one-dimensional Multiband Materials" J. Phys. Chem. Lett. 12, 11604−11608 (2021) [под руководством А. А. Шаненко] было показано, что сосуществование квази-одномерных мелких зон со стандартными трёхмерными зонами в одном сверхпроводящем материале приводит к эффективной "экранировке" флуктуаций и их подавлению. Данный результат является важным шагом в понимании устойчивой сверхпроводимости, обнаруженной ранее в квази-одномерных многозонных сверхпроводниках таких как A2Cr3As3 (A = K, Rb, Cs). Наше исследование показывает, что данные материалы перспективны в контексте наблюдения спонтанных паттернов вихревой материи.
(В) Низкоразмерные системы.
Низкоразмерные сверхпроводящие системы известны тем, что могут менять характер своего магнитного отклика при уменьшении своих характерных размеров, таких как, например, толщина проволок в массиве. Действительно, если материал таких низкоразмерных структур относится к первому роду (то есть объёмный сверхпроводник из этого материала принадлежит к первому роду сверхпроводимости), то при изменении характеристических размеров такая система переходит сначала в интертипный домен (поведение между первым и вторым родом с сопутствующими спонтанными паттернами вихревой материи), а потом становится системой второго рода. Причина - влияние магнитных полей рассеяния, которые качественно меняют поведение вихревой материи.
Результаты нашей группы, которые относятся к направлению исследований низкоразмерных сверхпроводников, касаются формирования спонтанных вихревых паттернов в тонких сверхпроводящих плёнках. В таких паттернах большая роль принадлежит кластерам вихрей в сверхпроводящем конденсате. Формирование кластеров является предметом междисциплинарных исследований как в химии, так и в физике. Мы рассмотрели (А. А. Шаненко и А. С. Васенко, результаты опубликованы в Journal of Physical Chemistry Letters) экзотический пример этого явления в вихревой материи тонкого сверхпроводника. В сверхпроводящих пленках кластеризация происходит из-за особых свойств вихревых взаимодействий в кроссоверном или интертипном режиме между сверхпроводимостью I и II родов. Эти взаимодействия контролируются двумя параметрами, которые ответственны за кроссовер, параметром Гинзбурга – Ландау, который определяет сверхпроводящий материал пленки, и толщиной пленки, которая контролирует эффекты из-за магнитных полей рассеяния вне образца. Показано, что их конкуренция приводит к сложной пространственной зависимости потенциала взаимодействия между вихрями, способствующей образованию цепочечных вихревых кластеров. Таким образом, получен важный предварительный результат, который позволяет ожидать появление паттернов, состоящих из цепочек вихрей, в тонких сверхпроводящих плёнках.
Указанная выше работа получила предварительные результаты о паттернах вихревой материи в плёнках на основании анализа притяжения между вихрями. теперь необходимо выяснить, какие конкретно паттерны цепочек вихрей реализуются в плёнках. Для этого наша группа пишет численный код, который позволит получить всю необходимую информацию. Часть кода уже функционирует а часть продолжает создаваться. Работа проводится М. Р. Саматовым и А. А. Демченко под руководством А. А. Шаненко.
Нашли опечатку?
Выделите её, нажмите Ctrl+Enter и отправьте нам уведомление. Спасибо за участие!
Сервис предназначен только для отправки сообщений об орфографических и пунктуационных ошибках.