科学|物理学：科学家解释了超导体中的低温异常！ |

本文插图
图片来源：CC0 Public Domain 。
一个国际科学家小组，包括Skoltech的研究人员，已经完成了对极低温下强无序超导体所显示的性质的实验和理论研究。经过一系列实验，科学家们开发出一种理论，可以有效地描述超导体中先前无法解释的异常现象。该研究的结果发表在Nature Physics上。
1911年，由荷兰物理学家Heike Kamerlingh Onnes领导的一组科学家发现了超导现象。超导性意味着当材料冷却到特定温度时材料中的电阻完全消失，导致磁场被迫从材料中流出。科学家特别感兴趣的是强无序的超导体，其原子不形成晶格。从实际角度来看，强无序的超导体在量子计算机开发方面具有巨大的潜力。

本文插图
在非常低的温度下，超导体显示出异常，这不能用经典的超导理论来解释。该异常涉及最大磁场的温度依赖性，其仍然与材料的超导行为一致。该最大场（也称为“上临界”场）总是随着样品温度下降而增加，而在常规超导体中，它几乎在比超导转变温度低几倍的温度下停止生长。例如，在本研究中使用的非晶氧化铟薄膜的情况下，它在3 K（-270 oC），可以预期临界磁场在低于0.5K的温度下停止生长。然而，实验表明，即使温度下降到可能的最低值（在该实验中约为0.05K），临界场仍在增长，并且它的增长没有任何饱和迹象。

本文插图
来自Skoltech ， Landau理论物理研究所，法国研究所（法国），魏茨曼科学研究所（以色列）和犹他大学（美国）的科学家证明，这种异常是由量子Abrikosov涡旋的热波动引起的。渗透到无序超导体中的磁场具有涡流的形式，即管，每个都带有等于基波值hc / 2e的磁通量，其中h是普朗克常数， c是光速， e是电子收费。

本文插图
在绝对零度时，这些涡流是固定的并且刚性地附着在原子结构上，而任何非零温度都会导致涡旋管在本垒周围的波动。这些波动的强度随温度而增加，这导致可以施加到材料上的磁场减小而不影响其超导特性。

本文插图
“我们已经开发了一个关于Abrikosov涡旋的热波动对上临界场值的影响的理论，这有助于我们建立两种不同类型测量之间的关系， ”Skoltech和副手的首席研究科学家Mikhail Feigelman说。兰道理论物理研究所所长。
深入了解强无序超导体的行为对于它们在超导量子比特（量子计算机的关键元素）中的使用至关重要。几年前很明显，该领域的多种应用需要具有高电感（电惯性）的非常小的元件，并且强无序的超导体最适合这种“超级电感”元件。 “了解这些材料的行为将有助于创建与外部噪声高度隔离的超导量子比特， ”Feigelman说。

本文插图
【科学|物理学：科学家解释了超导体中的低温异常！】