Учёные научились исследовать сверхпроводники с помощью электрических импульсов длительностью всего несколько пикосекунд. Такой подход позволяет превысить обычный критический ток до того, как в материале успеют переместиться магнитные вихри или начнётся заметный нагрев.
Сверхпроводимость возникает при охлаждении некоторых материалов ниже определённой температуры. Электроны объединяются в пары Купера и переходят в согласованное квантовое состояние, благодаря чему ток проходит без сопротивления и потерь энергии на тепло. Это свойство используют в мощных магнитах, высокочувствительных детекторах и квантовых схемах.
Однако бесконечно увеличивать ток нельзя. В сверхпроводниках второго рода магнитный поток проникает в виде небольших вихрей, которые при росте тока начинают двигаться. Их движение создаёт сопротивление и тепло, поэтому обычные измерения постоянным током фиксируют разрушение сверхпроводимости раньше истинного предела, называемого 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 чрезмерном закручивании состояние становится нестабильным, а пары Купера начинают распадаться. Чтобы опередить движение вихрей, исследователи применили импульсы, во время которых вихри успевают пройти лишь десятки нанометров.
Для эксперимента использовали разработанную в Институте Макса Планка по структуре и динамике материи сверхбыструю платформу электрического транспорта. Фотопроводящие переключатели запускались зелёными лазерными импульсами длительностью 300 фемтосекунд и длиной волны 515 нанометров, после чего формировали электрические сигналы продолжительностью несколько пикосекунд. Через копланарный волновод эти сигналы поступали на образцы сверхпроводников размером всего несколько микрометров, рассказал соавтор исследования Гвидо Майер.
Команда сравнила нитрид ниобия NbN и соединение YBCO, поскольку их энергетические щели имеют разную структуру. NbN сохранял сверхпроводимость до чётко выраженного порога, значительно превышавшего критический ток при постоянном токе, тогда как YBCO ослабевал постепенно. По словам руководителя группы Андреа Каваллери, пикосекундный транспорт может открыть доступ к микроскопическим свойствам сверхпроводников, включая симметрию энергетической щели, которые недоступны при обычных измерениях. Результаты опубликованы SciTechDaily со ссылкой на исследование «Probing picosecond depairing currents in type-II superconductors», вышедшее 24 сентября 2026 года в журнале Nature Physics.