​​Коллектив ученых из Томского политехнического университета и Института интегративных нанонаук (входит в Дрезденский институт физики твердого тела и материаловедения Ассоциации Лейбница) под руководством профессора Владимира Фомина обнаружил новые необычные свойства сверхпроводящих материалов на примере ниобия. Исследование показало, что эти свойства зависят от геометрической формы образца. Ученые работали с ниобием в виде сверхтонкой пластинки, свернутой в трубку микронного диаметра (толщина человеческого волоса — 100 микрон, ред.). Результаты исследования опубликованы в журнале Communications Physics (IF: 4,664; Q1), принадлежащем всемирно признанной группе The Nature Research Journals.



Сверхпроводники — это материалы, способные проводить электричество без сопротивления. Сверхпроводимость входит в число наиболее выдающихся открытий XX века. Существуют прототипы квантовых компьютеров, использующие сверхпроводниковые элементы для хранения информации. Сверхпроводники также используют для создания мощного магнитного поля, к примеру, в проекте Международного экспериментального термоядерного реактора ITER.

«Эта работа фундаментальная. Мы исследовали теоретическими и численными методами, как изменятся свойства материала, когда он находится в свернутом виде, и нашли диапазон размеров, в которых поведение сверхпроводниковой микротрубки кардинально отличается от пластинки, из которой она свернута»,— говорит один из авторов статьи, доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Роман Резаев.

Ученые работали с трубками диаметром меньше 1 микрона. Такие трубки относятся к самоорганизованным свернутым структурам.

«Ученые относительно недавно научились их создавать, в частности, в Институте интегративных нанонаук, который возглавляет профессор Оливер Шмидт. А интересны они тем, что посредством изменения размеров мы получаем возможность управлять свойствами материалов. Технологически на нынешнем уровне сделать высококачественную однородную по размерам трубку таких размеров все еще достаточно трудоемко, поэтому нам нужен был инструмент для моделирования свойств материала в новой геометрии. Такое моделирование существенно ускоряет процесс поиска размеров самоорганизованных свернутых структур, когда они обнаруживают новые интересные свойства, в частности, нас интересовало, как сверхпроводник ведет себя при пропускании электрического тока в присутствии магнитного поля», — говорит Роман Резаев.​

В своей работе ученые использовали компьютерную платформу, разработанную для моделирования сверхпроводниковых структур. Вычисления исследователи проводили на суперкомпьютере Дрезденского технического университета.  

«Мы разработали схему компьютерного моделирования, включающую как геометрию образца, так и физические условия экспериментов: магнитное поле и электрический ток. Далее мы применили ее к ниобию, который в плоской геометрии хорошо изучен как сверхпроводник. Однако при протекании электрического тока через трубку из ниобия, находящуюся в магнитном поле, как показывает моделирование, возникает резкий скачок ("пик") напряжения в определенном диапазоне значений магнитного поля», — говорит соавтор статьи, научный сотрудник Института интегративных нанонаук Екатерина Смирнова.

Этот скачок является следствием внезапного появления в трубке «островков», в которых материал теряет свои сверхпроводящие свойства.

«Возможная потеря некоторой частью образца сверхпроводящих свойств является  известным эффектом. В плоских структурах, единожды появившись, такие "островки" имеют только тенденцию к росту с повышением магнитного поля и в итоге "захватывают" весь материал. А в самоорганизованных свернутых трубках мы наблюдаем необычный эффект: при повышении магнитного поля эти "островки"  исчезают, и весь материал становится вновь сверхпроводящим», — поясняет Роман Резаев.​

В дальнейшем ученые планируют подтвердить результаты моделирования экспериментально.

«Сейчас мы продемонстрировали принципиальную возможность моделирования и поиска новых свойств материалов в специфической геометрии. Экспериментальный метод исследования для такого случая дополняется важным и перспективным методом численных экспериментов», — добавляет ученый.​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​​

Похожие новости

  • 25/10/2016

    Томский аспирант улучшит диагностику мощнейшего в мире синхротрона

    ​Аспирант Физико-технического института Томского политеха Артем Новокшонов вместе с учеными Научной Лаборатории DESY (Германия) работает над улучшением и тестированием новых методик диагностики электронного пучка синхротрона PETRA III - одного из мощнейших источников синхротронного и рентгеновского излучения в мире.
    2180
  • 14/12/2017

    Томские ученые создадут центр анализа данных адронного коллайдера

    ​Ученые Томского государственного университета получат грант, предназначенный для создания центра мирового класса по анализу данных Большого адронного коллайдера. Ожидается, что томские ученые создадут кластер для анализа данных на базе суперкомпьютера СКИФ Cyberia.
    1129
  • 07/02/2020

    Ученые ТПУ изучат, как условия космоса влияют на новый модуль МКС

    ​Проект «Исследование воздействия динамических нагрузок на корпусные элементы модуля российского сегмента Международной космической станции с использованием многоуровневого динамического моделирования» вошел в Долгосрочную программу экспериментов на МКС.
    553
  • 15/03/2021

    Новый метод оценки спектральных характеристик молекул

    Аспирантка Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов Томского политехнического университета Анастасия Белова работает над исследованием фундаментальной темы по получению новой физической информации о структуре и внутренних свойствах молекул с помощью метода парциальных давлений.
    329
  • 24/12/2020

    Алексей Гоголев: «Мы сумели выполнить все обязательства и не снизить планку»

    И.о. руководителя Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ рассказал о достижениях коллектива школы в 2020 году, планах и задачах на следующий год.  2020 год в силу понятных причин стал для нас крайне непростым, но мы достойно выдержали удар, сумев выполнить все обязательства по грантам, программам, не допустить снижения основных индикаторов исследовательской деятельности.
    878
  • 17/03/2021

    «Начинку» датчиков для беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в ТПУ аспиранты из Вьетнама

    Электронные компоненты датчиков для автономной навигации беспилотников и высокочувствительный прибор для измерения разности напряжений разработали в Томском политехническом университете молодые ученые из Вьетнама Ло Ван Хао и Буй Дык Бьен.
    341
  • 13/08/2018

    Томские ученые знают, как «захватить» наномир

    ​Пока мировое сообщество пытается узнать, что таят в себе морские глубины необъятного Мирового океана и бесконечное космическое пространство, зарубежные ученые Томского политехнического университета — профессора Рауль Родригес и Евгения Сергеевна Шеремет — пытаются «захватить» наномир и контролировать отдельные молекулы.
    1208
  • 25/02/2020

    Томские ученые разработали выгодную стратегию утилизации отходов

    ​Ученые Томского политехнического университета разработали стратегию совместной утилизации промышленных и коммунальных отходов путем сжигания их в составе композиционного топлива, сообщают РИА Новости.
    551
  • 05/03/2018

    ​Ученые ТГУ создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул

    ​Ученые кафедры оптики и спектроскопии физического факультета ТГУ с коллегами из Швеции и Финляндии создали алгоритм для расчета фотофизических и люминесцентных характеристик молекул. Благодаря этому алгоритму можно вычислять оптические, люминесцентные (светимость, квантовый выход флуоресценции) свойства молекул и веществ с использованием высокоточных методов квантовой химии.
    1715
  • 28/12/2020

    Александр Матвеев: «Нашему коллективу по плечу достижение амбициозных целей»

    ​​Александр Матвеев, руководитель Инженерной школы энергетики, рассказал, каким был для коллектива 2020 год, а также о задачах и планах на будущее. ​   В 2020 году глобальной задачей для нашей школы и всего университета стало обеспечение учебного процесса в невероятно сложных условиях пандемии без потери качества образования.
    526