Новости

Mar 23, 2024

Топологические переходы в переменном/постоянном токе

Scientific Reports Volume 12, Номер статьи: 10069 (2022) Цитировать эту статью 862 Доступов 5 Цитирований Подробности о метриках Расширение наноструктур в третье измерение стало крупным исследованием

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 10069 (2022) Цитировать эту статью

862 Доступа

5 цитат

Подробности о метриках

Расширение наноструктур в третье измерение стало основным направлением исследований в физике конденсированного состояния из-за явлений, вызванных геометрией и топологией. В связи с этим сверхпроводниковые 3D-наноархитектуры характеризуются неоднородностью магнитного поля, нетривиальной топологией токов Мейсснера и сложной динамикой топологических дефектов. В настоящей работе теоретически исследуются топологические переходы в динамике вихрей и скольжения фазы параметра порядка в открытых сверхпроводниковых нанотрубках под действием модулированного транспортного тока. Опираясь на зависящее от времени уравнение Гинзбурга-Ландау, мы обнаруживаем два различных режима напряжения, когда (i) доминирующая часть трубки находится либо в нормальном, либо в сверхпроводящем состоянии и (ii) сложное взаимодействие между вихрями, областями проскальзывания фазы и экранирующие токи определяют богатый спектр напряжения БПФ. Наши результаты раскрывают новые динамические состояния в сверхпроводниковых открытых нанотрубках, такие как параксиальные и азимутальные области скольжения фазы, их ветвление и сосуществование с вихрями, а также позволяют контролировать эти состояния с помощью наложенных стимулов постоянного и переменного тока.

Трехмерные (3D) наноархитектуры приобретают все большее значение в различных областях науки и техники1,2,3. Они привлекают большое внимание в физике полупроводников4,5, магнетизме6,7, фотонике8, магнонике9, плазмонике10 и сверхпроводимости11. Технология свертывания12 и нанопечать прямой записи с использованием сфокусированных пучков частиц13 позволяют реализовать различные геометрии сложной формы, что требует исследования их электронных, оптических, магнитных и транспортных свойств, а также разработки новых приложений. С целостной точки зрения явления, вызванные геометрией и топологией в 3D-наноархитектурах, недавно были проанализированы для криволинейных полупроводниковых, сверхпроводниковых и магнитных наноархитектур, а также для каталитических трубчатых микродвигателей и оптических волноводов1,2.

В сверхпроводимости гибридизация искривленной геометрии с нетривиальной топологией является признанным источником новой физики14,15,16,17,18,19,20,21,22. Таким образом, самокатающиеся наномембраны23,24,25,26,27,28,29,30 и трехмерные наноархитектуры прямой записи31,32 являются интересными платформами для изучения теоретических моделей и экспериментального исследования переплетенной динамики токов Мейснера и топологических дефекты (вихри Абрикосова и проскальзывания фазы) параметра порядка в сверхпроводниках. С точки зрения приложений, расширение наноразмерных сверхпроводников в третье измерение позволяет осуществлять считывание полного векторного поля в квантовой интерферометрии33, шумо-эквивалентное снижение мощности в болометрии28 и уменьшение занимаемой площади флюксонных устройств32,34. В этом отношении перенос магнитного потока при больших токах постоянного тока35,36,37,38, частотах переменного тока39,40,41,42 ГГц и в связи с поглощением фотонов оптического/инфракрасного диапазона43,44 представляется особенно интересным для приложений.

Движение вихрей под действием высокочастотного привода переменного тока демонстрирует богатое разнообразие режимов динамики, которые определяются как амплитудой переменного тока, так и частотой переменного тока. В отличие от поступательного движения вихрей под воздействием постоянного тока45, переменный ток вызывает колебательное движение вихрей39,46. Однако эволюция сверхпроводящего состояния в 3D-микро- и наноструктурах до сих пор изучалась в режимах постоянного или переменного тока отдельно28,31,32,47. Однако из предыдущих исследований плоских пленок известно, что сочетание стимулов постоянного и переменного тока может привести к новым явлениям, таким как квантовая интерференция постоянного/переменного тока48,49, выпрямленное напряжение и его обращение50,51, а также особенности микроволновой мощности. поглощение42. Соответственно, ожидается, что изогнутые трехмерные сверхпроводниковые наноархитектуры, управляемые (постоянным + переменным током), будут таить в себе новые физические явления, которые могут иметь потенциал для применения.