Сверхпроводящий вихрь — это не просто дефект, а топологическая структура, напоминающая воронку в квантовой жидкости. Когда внешнее магнитное поле пронизывает сверхпроводник, оно не распределяется равномерно, а концентрируется в тонкие нити — вихри, вокруг которых циркулируют незатухающие сверхтоки. В сердцевине такого вихря сверхпроводимость подавлена, и там возникают особые электронные состояния, предсказанные ещё в шестидесятых годах прошлого века. Авторы новой работы рассмотрели упрощённую модель — ступенчатый профиль сверхпроводящей щели — и показали, что нормировка этих состояний почти не зависит от углового момента. Это математическое наблюдение позволило свернуть громоздкую сумму по состояниям в одну компактную формулу, открыв путь к аналитическому расчёту плотности заряда.

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 характерной длине когерентности, оставляя после себя слабую рябь — совсем как круги от брошенного камня, которые постепенно затихают. Эта аналогия упрощает картину: в реальном сверхпроводнике рябь имеет квантовую природу и связана с интерференцией электронных волн.

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: кулоновское взаимодействие не успевает «сгладить» быстрые изменения плотности. В итоге амплитуда модуляции уменьшается всего на множитель от половины до трёх четвертей — для любого металла. Это не тонкая подстройка параметров, а прямое следствие законов сохранения и квантовой механики. Вихрь не просто выталкивает заряд — он превращает его в стоячую волну, которая живёт по законам интерференции, и эта волна может быть обнаружена экспериментально.