Onderzoekers van het Moskouse Instituut voor Natuurkunde en Technologie, Lomonosov Staatsuniversiteit van Moskou, en het Institute of Solid State Physics van de Russische Academie van Wetenschappen hebben de mogelijkheid aangetoond om Abrikosov-wervels te detecteren die door een supergeleider-ferromagneet-interface dringen. Het apparaat dat in hun studie werd overwogen, gepubliceerd in Wetenschappelijke rapporten , is een ferromagnetische nanodraad met daaraan verbonden supergeleidende elektroden.

Supergeleiders zijn materialen die de eigenschap hebben elektrische weerstand te verliezen onder een bepaalde kritische temperatuur Tc. Een andere verbazingwekkende eigenschap van supergeleiders is de uitdrijving van magnetische velden (levitatie). Dit effect is het gevolg van een stroom die over het supergeleideroppervlak vloeit, afscherming van het magnetische veld. Er zijn ook type II supergeleiders, die doordringbaar zijn voor de magnetische flux in de vorm van gekwantiseerde wervels bij een temperatuur onder de kritische temperatuur. Dit fenomeen is vernoemd naar Alexey Abrikosov, die het oorspronkelijk voorspelde. Een Abrikosov-vortex is een supergeleidende stroomvortex met een niet-supergeleidende kern die een magnetisch fluxquantum draagt.

Olga Skryabina, de eerste auteur van het artikel en een onderzoeker aan het MIPT-laboratorium, zegt:"Het onderzoeksdoel was het bestuderen van het naast elkaar bestaan ​​van antagonistische verschijnselen in 1-D supergeleider-ferromagneetsystemen. Dergelijke systemen zijn recentelijk van groot belang geweest vanwege hun sterke magnetische anisotropie met verschillende dimensionale en spin-effecten. Deze verschijnselen maken dergelijke systemen een veelbelovende keuze voor functionele hybride nano-apparaten, bijv. supergeleidende stroomomvormers, draai kleppen, magneto-resistief RAM. We hebben een ferromagnetische nikkel-nanodraad aangesloten op supergeleidende niobium-elektroden."

De onderzoekers hebben een systeem onderzocht van twee supergeleidende niobium-elektroden die met elkaar zijn verbonden door een nanodraad van nikkel (Figuur 1). Het is gebleken dat naarmate het magnetische veld varieert, de weerstand van de nanodraad is sterk afhankelijk van de effecten die optreden op de grens tussen supergeleider en ferromagneet.

Eerst, de natuurkundigen beschouwden het systeem in zijn normale toestand, wanneer de temperatuur boven de kritische is, en het magnetische veld dringt gelijkmatig door alle delen van de structuur (Figuur 2a.) De weerstand van het monster veranderde niet significant met de toename van de magnetische veldsterkte. Daarna verlaagden de onderzoekers de temperatuur tot onder de kritische waarde. De niobiumelektroden gingen over in een supergeleidende toestand, en hun weerstand daalde tot nul. Tegelijkertijd, de onderzoekers zagen een drastische stijging van de systeemweerstand. De enige verklaring hiervoor was de bijdrage van de supergeleider-ferromagneetgrenzen aan de weerstand. gelijktijdig, het niobium begon afschermstromen te geleiden, en de supergeleider begon het magnetische veld uit te stoten (Figuur 2b). Deze verschijnselen resulteren in ongebruikelijke zaagtandvormige magnetische weerstandscurven, en een verschuiving ten opzichte van verschillende sweeps (Figuur 3.)

Olga Skryabina vervolgt:"We plaatsten het monster in een magnetisch veld evenwijdig aan de middenlijn van de nanodraad. Het bleek dat door de weerstand van het monster onder dergelijke omstandigheden te meten, we kunnen het moment detecteren waarop een magnetische fluxquantum supergeleidend binnenkomt of bestaat."

Een vortexpenetratie en -uitgang in / uit het niobium (Figuur 2c) veroorzaakt de elektrische weerstand van de zaagtand. De nikkel nanodraad in het systeem werkt als een bliksemafleider die het magnetische veld "aantrekt". Een contact ermee verzwakt de supergeleiding van de niobiumelektrode, en, dus, lokaliseert het penetratiepunt van de Abrikosov-wervels. Het onderzoek toont een enorm verschil aan tussen deze supergeleidende ketens en conventionele elektrische circuits. Er is behoefte aan meer onderzoek naar hybride supergeleidende apparaten om geavanceerdere supergeleidende digitale en kwantumcomputers te ontwikkelen, en supergevoelige sensoren.