Эффект Мейсснера при комнатной температуре экспресс
Магнит не любит, когда его поле проникает внутрь сверхпроводника. Обычный кусок свинца, охлаждённый до криогенных температур, выталкивает магнитные линии — и левитирует над магнитом. Это эффект Мейсснера–Оксенфельда, открытый в 1933 году. До сих пор он требовал сильного холода, потому что сверхпроводимость в металлах возникает лишь вблизи абсолютного нуля.
В новой работе эффект Мейсснера впервые зарегистрирован при комнатной температуре — в кремниевой наноструктуре. На её краях сформированы проводящие каналы, а сверху нанесены цепочки дипольных центров бора с отрицательной корреляционной энергией (так называемые negative-U центры). Эти центры действуют как клей для электронов: одиночный носитель заряда, проходя мимо, связывается с ними и создаёт условия для бездиссипативного транспорта — ток течёт без потерь.
Измерения проводили двумя способами. Сначала фиксировали намагниченность образца при помещении его во внешнее магнитное поле и при удалении. Затем регистрировали ЭДС, возникающую при появлении генерационных токов. Результаты, полученные с помощью феррозонда и по наведённой ЭДС, хорошо согласуются. Это подтверждает, что диамагнитный отклик связан именно с краевыми каналами, а не с объёмом кремния.
Гистерезис намагниченности коррелирует с величиной ЭДС от генерационных токов. Такая связь открывает возможность чисто электрической регистрации эффекта Мейсснера — без магнитных датчиков. Наноструктуры изготовлены в холловской геометрии, то есть пригодны для интеграции в микроэлектронные схемы.
Кремний — основа современной электроники. Если сверхпроводящие свойства в нём удастся воспроизводить надёжно, появятся процессоры без тепловых потерь, сверхчувствительные датчики магнитного поля и линии передач без сопротивления. Пока это лабораторный эксперимент, но он показывает: сверхпроводимость при комнатной температуре — не фантастика, а инженерная задача на основе кремниевых технологий.
Эффект Мейсснера заставляет сверхпроводник левитировать над магнитом: вытолкнутое магнитное поле создаёт подъёмную силу. При комнатной температуре такой левитации пока не видно — в эксперименте регистрировали лишь слабый диамагнитный отклик, но сам принцип един.
В романе Артура Кларка «Конец детства» инопланетяне используют сверхпроводники при комнатной температуре для своих кораблей — теперь это чуть ближе к реальности.