Ученые только что протолкнули сверхпроводники за их обычный предел тока

Ученые применили ультракороткие электрические импульсы, чтобы продвинуть сверхпроводники ближе к точке, где их электронные пары начинают разрываться. Метод позволил обойти ограничения обычных измерений на постоянном токе, при которых критический ток часто определяется движением вихрей и нагревом, а не истинным микроскопическим пределом сверхпроводимости. Это открывает новые способы исследования и контроля квантового поведения сверхпроводящих материалов.

Сверхпроводимость исчезает при слишком большом токе; в сверхпроводниках II типа экспериментальный критический ток часто ниже фундаментального предела, известного как ток разрушения пар (depairing current), из-за движения вихрей магнитного потока. Чтобы обогнать динамику вихрей, команда использовала платформу ультрабыстрого электрического транспорта в MPSD (Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter): фотопроводящие переключатели, запускаемые 300-фемтосекундными зелеными лазерными импульсами с длиной волны 515 нанометров, создавали токовые импульсы длительностью всего несколько пикосекунд. Эти импульсы проходили через сверхпроводящие образцы размером всего в микрометры. Исследователи протестировали NbN (ниобий-нитрид) и YBCO (иттрий-барий-медный оксид): NbN с относительно однородной s-wave (s-волновой) энергетической щелью оставался сверхпроводящим до резкого порога, тогда как YBCO с d-wave (d-волновой) щелью, зависящей от направления, постепенно терял сверхпроводимость.

Результаты показывают, что пикосекундный транспорт может дать доступ к микроскопическим свойствам сверхпроводников, включая симметрию энергетической щели, которые не видны напрямую при обычном транспорте на постоянном токе. Чтобы определить широту применимости этого подхода, потребуется изучить более широкий круг сверхпроводящих материалов. В целом сверхкороткие электрические импульсы раскрывают формы сверхпроводящего транспорта, обычно скрытые более медленными эффектами вроде движения вихрей и нагрева, а новый режим сверхвысоких токов может иметь значение для оптоэлектроники и потенциально для магнитных устройств.