Olga Skryabina, ricercatore presso il Laboratorio di fenomeni quantistici topologici nei sistemi superconduttori, MIPT, sta monitorando la microsaldatura contact-to-chip. Credito:Evgeniy Pelevin, Ufficio Stampa MIPT
Ricercatori dell'Istituto di fisica e tecnologia di Mosca, Lomonosov Università statale di Mosca, e l'Istituto di fisica dello stato solido dell'Accademia delle scienze russa hanno dimostrato la possibilità di rilevare vortici di Abrikosov che penetrano attraverso un'interfaccia superconduttore-ferromagnete. Il dispositivo considerato nel loro studio, pubblicato in Rapporti scientifici , è un nanofilo ferromagnetico a cui sono collegati elettrodi superconduttori.
I superconduttori sono materiali che hanno la proprietà di perdere resistenza elettrica al di sotto di una certa temperatura critica Tc. Un'altra sorprendente proprietà dei superconduttori è l'espulsione del campo magnetico (levitazione). Questo effetto deriva da una corrente che scorre sulla superficie del superconduttore, schermatura del campo magnetico. Esistono anche superconduttori di tipo II, che sono penetrabili per il flusso magnetico sotto forma di vortici quantizzati a temperatura inferiore a quella critica. Questo fenomeno prende il nome da Alexey Abrikosov, che originariamente lo aveva previsto. Un vortice di Abrikosov è un vortice di corrente superconduttore con un nucleo non superconduttore che trasporta un quanto di flusso magnetico.
Olga Skryabina, il primo autore del paper e ricercatore presso il Laboratorio MIPT, afferma:"L'obiettivo della ricerca era studiare la coesistenza di fenomeni antagonistici in sistemi 1-D superconduttore-ferromagnete. Tali sistemi sono stati recentemente di grande interesse a causa della loro forte anisotropia magnetica con vari effetti dimensionali e di spin. Questi fenomeni rendono tali sistemi una scelta promettente per nanodispositivi ibridi funzionali, per esempio., convertitori di corrente superconduttori, valvole di rotazione, RAM magnetoresistiva. Abbiamo collegato un nanofilo di nichel ferromagnetico a elettrodi di niobio superconduttori".
La microfotografia della struttura. Grigio al centro:elettrodi di niobio superconduttore; blu:un nanofilo di nichel ferromagnetico. Graduazione:1 micron. A e V (amperometro e voltmetro) indicano il tipo di corrente che attraversa il campione. Credito:O. V. Skryabina et al., Rapporti scientifici
I ricercatori hanno studiato un sistema di due elettrodi di niobio superconduttori collegati da un nanofilo di nichel (Figura 1). Si è scoperto che al variare del campo magnetico, la resistenza del nanofilo dipende fortemente dagli effetti che si verificano al confine tra superconduttore e ferromagnete.
I processi che si verificano nel sistema niobio (blocco grigio) / nanofilo di nichel (cilindro blu) in varie condizioni ambientali. (a) La temperatura è al di sopra della critica. Il sistema è nel suo stato normale, il campo magnetico (freccia nera) sta attraversando l'intero campione. (b) La temperatura è inferiore a quella critica. Quando Hc
Primo, i fisici consideravano il sistema nel suo stato normale, quando la temperatura è superiore a quella critica, e il campo magnetico penetra ugualmente in tutte le parti della struttura (Figura 2a). La resistenza del campione non è cambiata significativamente con l'aumento dell'intensità del campo magnetico. Quindi i ricercatori hanno abbassato la temperatura al di sotto del valore critico. Gli elettrodi di niobio sono passati in uno stato superconduttore, e la loro resistenza è scesa a zero. Allo stesso tempo, gli sperimentatori hanno osservato un drastico aumento della resistenza del sistema. L'unica spiegazione per questo era il contributo dei confini del superconduttore-ferromagnete alla resistenza. Simultaneamente, il niobio iniziò a condurre correnti di schermatura, e il superconduttore iniziò ad espellere il campo magnetico (Figura 2b). Questi fenomeni si traducono in insolite curve di resistenza magnetica a dente di sega, e uno spostamento relativo alle varie scansioni (Figura 3.)
Resistenza del campione rispetto all'intensità del campo magnetico esterno. I colori blu e rosso mostrano la direzione della scansione del campo magnetico. (a) La temperatura è al di sopra della critica. Il sistema è nel suo stato normale, la variazione di resistenza del sistema è bassa (principalmente a causa della magnetizzazione di inversione del nanofilo di nichel). (b) La temperatura è inferiore alla temperatura di transizione superconduttiva critica. La variazione della resistenza del sistema è maggiore di un ordine di grandezza. La curva è a forma di dente di sega con picchi di resistenza corrispondenti alla penetrazione/uscita del vortice di Abrikosov. Le caselle su entrambi i diagrammi sono viste dettagliate ingrandite nell'intervallo di magnetizzazione di inversione del nanofilo. Credito:O. V. Skryabina et al., Rapporti scientifici
Olga Skryabina continua:"Abbiamo posizionato il campione in un campo magnetico parallelo alla linea centrale del nanofilo. Si è scoperto che misurando la resistenza del campione in tali condizioni, possiamo rilevare il momento in cui un quanto di flusso magnetico entra o esiste un superconduttore".
Una penetrazione di vortice e un'uscita nel/dal niobio (Figura 2c) causano la resistenza elettrica a dente di sega. Il nanofilo di nichel nel sistema agisce come un parafulmine che "attira" il campo magnetico. Un contatto con esso indebolisce la superconduttività dell'elettrodo di niobio, e, così, localizza il punto di penetrazione dei vortici di Abrikosov. La ricerca dimostra un'immensa differenza tra queste catene superconduttrici e i circuiti elettrici convenzionali. È necessaria una maggiore ricerca sui dispositivi superconduttori ibridi per sviluppare computer digitali e quantistici superconduttori più avanzati, e sensori supersensibili.
