Сверхпроводящий вихрь похож на воронку в квантовой жидкости. Когда магнитное поле пронзает сверхпроводник, оно собирается в тонкие нити — вихри, вокруг которых кружат незатухающие токи. В сердцевине такого вихря сверхпроводимость подавлена, и там скапливаются особые электронные состояния, открытые ещё в шестидесятых. Авторы новой работы взяли простую модель — ступенчатый профиль щели — и показали, что нормировка этих состояний почти не зависит от углового момента. Это позволило свернуть громоздкую сумму в одну компактную формулу.
Внутри вихря, где сверхпроводящий параметр порядка закручен, из полного набора цилиндрических волн выпадает одна компонента. В результате плотность заряда обращается в ноль прямо на оси вихря и начинает осциллировать с волновым вектором 2k_F (удвоенный импульс электрона на поверхности Ферми). Снаружи эти осцилляции спадают как 1/r на длине когерентности, оставляя после себя слабую рябь — совсем как круги от брошенного камня, которые постепенно затихают.
Почему же эта знакопеременная рябь так заметна? Всё дело в неэффективности экранировки при больших переданных импульсах. Когда электроны пытаются заэкранировать заряд на масштабах порядка межатомного расстояния, у них это плохо получается. В итоге амплитуда модуляции уменьшается всего на множитель от половины до трёх четвертей — для любого металла. Это не тонкая подстройка, а прямое следствие законов сохранения и квантовой механики. Вихрь не просто выталкивает заряд — он превращает его в стоячую волну, которая живёт по законам интерференции.
Волновой вектор осцилляций 2k_F примерно равен обратному межатомному расстоянию — это самые короткие волны, которые вообще могут существовать в электронной жидкости.