Бобков Олександр Михайлович
Навіть ті, хто далекі від науки, чули про надпровідність. Суть цього явища, яке було відкрито близько ста років тому, полягає в тому, що у деяких матеріалів при досить низьких температурах відсутній електричний опір. Такі надпровідники відштовхують від себе магнітне поле. Саме на цьому грунтується ефектний демонстраційний досвід, коли маленький магніт левитирующий, тобто парить, над надпровідником без жодної підтримки.
Довгий час фізики не могли пояснити це явище, та й практичного застосування йому не знаходилося. Але до середини минулого століття вчені нарешті змогли зрозуміти природу надпровідності. Стало ясно, що і промисловості дуже потрібні такі матеріали. Однак використовувати надпровідність не вдавалося з технічних та економічних причин, оскільки речовини треба було охолоджувати до дуже низьких температур.
Ситуація змінилася ближче до кінця минулого століття, коли було відкрито багато нових, незвичайних надпровідних сполук, що мають часом дивовижні властивості. У деяких з них, так званих високотемпературних надпровідниках, явище виникало при набагато більш високих температурах, хоча все ще набагато нижче нуля за Цельсієм. І, тим не менш, високотемпературні надпровідники, з якими було простіше і дешевше працювати, стали активно входити в наше життя.
Сьогодні надпровідність використовують і в транспорті (монорейки), і в медицині (різні датчики, що знімають магнітокардіограмми і магнітоенцефалограмми), і при виробництві гігантських прискорювачів, і при будівництві експериментальних термоядерних реакторів. Безсумнівно, що використання надпровідності буде в найближчі роки розширюватися - взяти хоча б квантові комп'ютери, в яких без надпровідності не обійтися.
Проте до цих пір природа незвичайної високотемпературної надпровідності залишається для вчених загадкою. У звичайних надпровідниках надпровідність характеризується параметром порядку, який може залежати тільки від координат. Саме ж явище надпровідності з'являється в результаті тяжіння електронів поблизу поверхні Фермі з-за обміну фононами. Що ж стосується незвичайних (анізотропних) надпровідників, то в них параметр порядку може залежати від напрямку імпульсу, однак механізм утворення надпровідності в них до цих пір не зрозуміли б. І хоча у вивченні незвичайної надпровідності вже досягнутий істотний прогрес - наприклад, повністю ідентифікований тип симетрії параметра порядку у високотемпературних надпровідниках, - незрозумілого і недослідженого в цій області ще дуже багато. Мої наукові інтереси пов'язані з вивченням цього кола проблем.
Я займаюся теоретичним вивченням високотемпературних надпровідників (високотемпературні купрати) і кіральних надпровідників (рутенат, надпровідний з'єднання з важкими ферміонами). Всі ці надпровідники сильно анізотропні. Як правило, я розглядаю неоднорідні системи, що складаються з анізотропних і звичайних надпровідників, нормальних металів, діелектриків та феромагнетиків. Це можуть бути зразки дуже маленьких розмірів, в яких важлива дискретна структура надпровідника, або контакти зі слабкою зв'язком між різними підсистемами, або зразки складної геометричної форми з анізотропних надпровідників. При вивченні таких систем зазвичай використовують метод Квазікласичне гріновських функцій або граткових моделей надпровідності з сильним зв'язком.
У більшості таких систем важливу роль відіграють андріївські зв'язані стани, які багато в чому визначають транспортні властивості контактів: джозефсоновский струм і низькоенергетичну частина кондактанс. (Зауважу, що розглядувані мною системи - це або контакти самі по собі, або їх потенційна складова частина.) Тому вкрай цікаво розглянути властивості спектрів квазічастічних збуджень у таких системах, особливо наявність і вид андріївських пов'язаних станів на кордонах розділів у надпровідниках, залежність їх спектрів від напрямку імпульсу на поверхні Фермі, наслідки інтерференції від різних пов'язаних станів у зразках складної форми. Асиметрія спектрів андріївських пов'язаних станів часто пов'язана з появою спонтанних струмів, які виникають на поверхнях розділу в системах з анізотропними надпровідниками. Якщо геометрична форма системи досить складна, то через спонтанні струмів можлива поява вихрових магнітних структур в областях вигину кордонів розділу.
Безумовно, цікаво теоретично вивчати ті параметри, які можуть бути експериментально виміряні. Для розглянутих систем це рівноважні та нерівноважні транспортні характеристики, а також щільність станів у зразку. Серед транспортних характеристик треба виділити джозефсоновский струм, для якого зазвичай розраховують залежно критичного струму від температури та / чи магнітного поля, прикладеного до системи. Приклад нерівноважної транспортної характеристики різних контактів з анізотропними надпровідниками - кондактанс. Форма кондактанс і різні особливості на його низькоенергетичний частини також пов'язані з параметрами спектрів пов'язаних станів, які, у свою чергу, різні для різних типів спаровування. Великий вплив на провідність контактів надає залежність прозорості бар'єру від напрямку імпульсу, скорельована із залежністю від напрямку імпульсу спектрів пов'язаних станів. Цікаво подивитися, як впливає зовнішнє магнітне поле на всі досліджувані характеристики, тим більше що зовнішнє магнітне поле - один з найбільш зручних "інструментів" для впливу на систему. Все це і стало предметом моїх наукових досліджень.
За останні три роки мені вдалося вивчити критичний джозефсоновский струм у уголкових SND (звичайний надпровідник-нормальний метал-високотемпературний надпровідник) контакти в магнітному полі, а також спектри андріївських пов'язаних станів і джозефсонівських струмів в симетричних тунельних контактах з кіральних надпровідниками. У результаті вдалося передбачити появу логарифмічною аномалії в низькотемпературній частині залежності критичного джозефсонівських струму від температури. Вдалося також з'ясувати, що положення піків у кондактанс тунельних SIN (надпровідник-тунельний бар'єр-нормальний метал) і SIS (надпровідник-тунельний бар'єр-надпровідник) контактів пов'язано з особливостями спектрів пов'язаних станів, і передбачити, що на цей зв'язок сильно впливає форма залежності прозорості тунельного бар'єру від напрямку імпульсу падаючих квазічастинок. Ще один важливий результат - виявлення нетривіальності ідентифікації андріївських пов'язаних станів у вузьких тяганині надпровідників і сильного ефекту парності в залежності від поперечної ширини зволікання.