Сверхпроводник не пускает магнитное поле внутрь себя. Но если поле сильное, оно всё же проникает — не сплошным потоком, а отдельными вихревыми нитями, похожими на маленькие смерчи. Внутри каждой нити сверхпроводимость разрушена, а вокруг течёт незатухающий ток. Эти нити не стоят на месте: под действием тока они могут двигаться, и тогда сверхпроводник теряет свои замечательные свойства.
Чтобы удержать вихри на месте, в материале есть дефекты — неровности кристаллической решётки. Вихри цепляются за них, как песчинки за шероховатости на дне ручья. Если ток небольшой, вихри лишь слегка смещаются и возвращаются обратно. Это смещение можно измерить: оно называется глубиной Кэмпбелла — по имени канадского физика, который первым описал такой эффект. Чем жёстче вихри закреплены, тем меньше эта глубина.
В новом эксперименте учёные измерили глубину Кэмпбелла в кристалле CeCoIn₅ — сверхпроводнике с необычными свойствами. Оказалось, что при увеличении магнитного поля вихревая решётка не просто сжимается, а резко меняет свою симметрию: нити перестраиваются в другой узор. Это как если бы толпа людей, идущая по площади, вдруг перестроилась из квадратной сетки в треугольную. Такие скачки говорят о том, что сверхпроводимость в этом материале не похожа на обычную.
Критический ток — максимальный ток, который сверхпроводник может нести без потерь, — тоже оказался необычным. Обычно он быстро падает с ростом температуры, а здесь убывает почти линейно, как будто вихри слабее цепляются за дефекты при нагреве. Это ещё одно свидетельство того, что CeCoIn₅ — сверхпроводник с нетрадиционным механизмом спаривания электронов.
как её написали авторы, на английском arXiv:2604.23657
The temperature and magnetic field dependent magnetic penetration depth, $$\lambda_m(T,H)$$, was measured in a single crystal of a heavy fermion superconductor CeCoIn$$_5$$ using a frequency-domain tunnel diode resonator. In addition to the London penetration depth, which yields the superfluid density, measurements in a finite DC magnetic field provide Campbell penetration depth, $$\lambda_C(T,H)$$, which is directly linked to the true (unrelaxed) critical current density, $$J_c$$. The measured $$\lambda_C(H)$$ in CeCoIn$$_5$$ deviates significantly from the conventional $$\sim \sqrt{H}$$ behavior, and its slope changes abruptly at the characteristic magnetic field values. Considering that our sample is in the clean limit, we interpret this deviation as a fingerprint of the vortex lattice symmetry change. The temperature dependence $$J_c(T)$$ of CeCoIn$$_5$$ calculated from $$\lambda_C(T)$$ is nearly $$T$$-linear over the entire temperature range, also in stark contrast to expectations in a conventional type-II superconductor. Our results provide new evidence for unconventional superconductivity in CeCoIn$$_5$$ from the never-before-measured Campbell penetration depth.
Вихревые нити в сверхпроводнике могут образовывать правильные решётки, похожие на кристаллические, и их можно увидеть с помощью магнитной микроскопии.