Учёные смогли исследовать предел устойчивости сверхпроводников с помощью электрических импульсов длительностью несколько пикосекунд. Такой подход позволил подать ток, намного превышающий обычное критическое значение, прежде чем движение магнитных вихрей и нагрев образца успели повлиять на результат.
Сверхпроводимость возникает при охлаждении некоторых материалов ниже определённой температуры. Электрическое сопротивление при этом исчезает, поскольку электроны объединяются в куперовские пары и перемещаются как единое квантовое состояние. Это свойство используют в мощных магнитах, высокочувствительных детекторах и квантовых схемах.
Однако сверхпроводник не способен выдерживать ток любой силы. В обычных экспериментах переход к сопротивлению часто вызывают не сами куперовские пары, а магнитные вихри — области проникновения магнитного потока. При росте тока вихри начинают двигаться, выделяют тепло и разрушают сверхпроводящее состояние раньше, чем достигается его фундаментальный предел, называемый током депаринга.
«Один из способов представить это заключается в том, что ток “закручивает” фазу согласованного квантового состояния сверхпроводника, подобно заведению пружины», — объяснил ведущий автор работы Эрин Ван. При слишком сильном воздействии состояние становится нестабильным, а куперовские пары начинают распадаться. Чтобы опередить движение вихрей, исследователи использовали импульсы, за время которых вихри успевают переместиться лишь на десятки нанометров.
Экспериментальная установка, разработанная в MPSD, формировала такие сигналы с помощью фотопроводящих переключателей, которые запускались зелёными лазерными импульсами длительностью 300 фемтосекунд и длиной волны 515 нанометров. Затем электрические импульсы проходили по копланарному волноводу и поступали на сверхпроводящие образцы размером в несколько микрометров. По словам соавтора исследования Гвидо Майера, для этого использовалась создаваемая институтом платформа сверхбыстрого электрического транспорта.
Сравнение нитрида ниобия NbN и соединения YBCO показало различия в разрушении сверхпроводимости. В NbN с почти одинаковой во всех направлениях энергетической щелью состояние сохранялось до чётко выраженного порога, значительно превышавшего критический ток при постоянном токе, после чего появились признаки распада куперовских пар. В YBCO, где щель зависит от направления и в отдельных направлениях становится нулевой, ослабление происходило постепенно. Исследование опубликовано SciTechDaily со ссылкой на статью в Nature Physics, вышедшую 24 сентября 2026 года.
«Наши результаты показывают, что пикосекундный транспорт может дать доступ к микроскопическим свойствам сверхпроводников, включая симметрию их энергетической щели, которые невозможно напрямую получить с помощью обычного транспорта на постоянном токе», — сказал руководитель научной группы Андреа Кавальери. Авторы считают, что методика позволит изучать сверхпроводящие состояния на естественных для них микроскопических временных масштабах. Для оценки применимости подхода к другим материалам потребуются дополнительные исследования.