О блокировках  |  На основном сайте Граней: https://graniru.org/Society/Science/m.135872.html

статья Физики создали "сверхизолятор"

Максим Борисов, 22.04.2008
Валерий Винокур и Татьяна Батурина. Фото с сайта Аргоннской национальной лаборатории

Валерий Винокур и Татьяна Батурина. Фото с сайта Аргоннской национальной лаборатории

В апреле в западных и российских СМИ появилась информация о том, что группе исследователей, состоящей в основном из наших соотечественников, удалось получить и описать принципиально новое состояние вещества. Название, придуманное физиками, звучит очень эффектно, по их словам, им удалось создать "сверхизолятор" ("superinsulator"). Сверхизоляция - это в каком-то смысле полная противоположность уже хорошо изученному явлению сверхпроводимости; она позволяет неопределенно долгое время без всяких утечек сохранять электрический заряд. Соответствующая статья ("Superinsulator and quantum synchronization") была опубликована 3 апреля в солидном научном журнале Nature.

Основную часть работы выполнили Валерий Винокур и Татьяна Батурина из новосибирского Института физики полупроводников и Аргоннской национальной лаборатории (Argonne National Laboratory, штат Иллинойс) Министерства энергетики США, в состав группы входил также Христоф Штрунк (Christoph Strunk) из германского Регенсбургского университета (Universität Regensburg) и другие специалисты. Изучалось поведение электрических зарядов в чрезвычайно тонких пленках нитрида титана (TiN), охлажденных до температур, близких к абсолютному нулю, и помещенных в магнитное поле. Хотя этот материал и представляет собой сверхпроводник, в котором электрический ток может течь без всякого сопротивления, при определенных условиях его сопротивление вдруг резко повышается и вообще стремится к бесконечности. Ранее подобные свойства были обнаружены лишь у оксида индия.

Нужно отметить, что квантовый фазовый переход, то есть "переключение" между различными упорядоченными состояниями вещества вблизи нуля градусов по Кельвину, уже не первое десятилетие служит источником все новых особых видов "состояний материи", их набралось уже столько, что журналисты и ученые сбились со счета, однако в данном случае назвать состояния вещества принципиально новым было, пожалуй, вполне логичным.

Если в сверхпроводнике отсутствие сопротивления объясняется наличием куперовских пар электронов, обладающих свойствами бозонов и перемещающихся как единый квантовый объект, то в сверхизоляторе те же куперовские пары оказываются заключены в изолированные домены - отдельные сверхпроводящие "лужицы" (puddles) там разделены так называемыми джозефсоновскими переходами, сквозь которые куперовские пары могут просачиваться лишь за счет туннельного эффекта. Однако даже туннельный эффект в данном случае не работает, и все выглядит так, будто бы температура вдруг опустилась до абсолютного нуля и всякое движение пропало. Примечательно, что при наличии магнитного поля величиной 0,9 тесла (почти в 2 тысячи раз превосходящего геомагнитное поле) пленки нитрида титана способны блокировать ток электронов при сравнительно высокой температуре - 70 милликельвинов.

Для объяснения сверхизолирующего поведения куперовских пар авторы новой работы привлекли теорию, которая поддерживается далеко не всеми специалистами, работающими в области физики конденсированных сред. В основе лежит теория Березинского-Костерлица-Таулеса. В сверхпроводящей фазе магнитное поле проникает сквозь материал в виде квантов магнитного потока, именуемых вихрями (vortices), которые могут иметь разную "закрученность" (вихри и антивихри). В сверхпроводнике куперовские пары способны распространять эти вихри между разными доменами за счет туннельного эффекта. В сверхизолирующей же фазе роли зарядов и вихрей меняются местами, "разноименные" вихри блокируют распространение связанных пар зарядов, препятствуя тем самым дальнейшему протеканию электрического тока.

Автором теоретического объяснения экспериментов Татьяны Батуриной, приведенного в статье в Nature, является Владимир Винокур. Корректность его части работы подвергают теперь сомнению немецкие и российские коллеги - например, Пауль Мюллер (Paul Müller) из германского Эрлангенского университета (Friedrich-Alexander-Universität Erlangen-Nürnberg) в комментарии на сайте physicsworld.com и Михаил Фейгельман из Института теоретической физики имени Ландау в Черноголовке в комментарии на сайте gazeta.ru. К тому же Винокур в раздаваемых им интервью уже теперь рискнул заговорить о практическом применении новообнаруженного эффекта (например, для создания "вечных" батареек), что специалистам, работающим в области фундаментальных исследований, кажется весьма неуместным и преждевременным.

Источники:
Newly discovered 'superinsulators' promise to transform materials research, electronics design - пресс-релиз Argonne National Laboratory
Superinsulator - New State of Matter
New 'superinsulators' may revolutionise materials research, electronics design
Physicists create superinsulators

Ссылки:
Физики открыли идеальный изолятор
Сверхпроводимость обеспечила сверхизоляцию
"Вечная батарейка": Физики научились делать из сверхпроводников сверхизоляторы
Абсолютный изолятор
Физики создали сверхизолятор
Получено сверхизолирующее состояние вещества
В дополнение к сверхпроводникам, ученые обнаружили "сверхизоляторы" - зреет революция в электронике?


Максим Борисов, 22.04.2008


новость Новости по теме