Большинству людей известно, что в природе существует явление сверхпроводимости, квантовое явление, возникающее, когда определенные виды металлов или сложных материалов охлаждаются до чрезвычайно низкой температуры. В сверхпроводящем состоянии материалы не имеют электрического сопротивления и в них полностью отсутствуют магнитные поля. Несмотря на то, что явление сверхпроводимости уже широко используется в ряде различных областей, от MRI-сканеров до ускорителей частиц, ученые до сих пор не полностью понимают физику всех процессов, происходящих внутри сверхпроводящих материалах. Одним из направлений исследований в области физики сверхпроводников являются исследования магнитных свойств и магнитных полей, создаваемых этими материалами, которые обычно производятся с помощью высокочувствительных датчиков SQUID (Superconducting QUantum Interference Device). И вот исследователям из института Вайцмана (Weizmann Institute) удалось сделать очередной шаг в дальнейшем развитии направления физики сверхпроводников, которым стало создание самого маленького SQUID-датчика, являющегося на сегодняшний день «мировым рекордсменом» по его чувствительности и разрешающей способности.
Нано-датчики SQUID устанавливаются на наконечниках зондов, перемещения которых позволяют просмотреть и измерить уровень магнитного поля в различных точках поверхности исследуемого образца. Данные, собираемые подобным образом, позволяют создать карту распределения магнитных полей по всей поверхности материала. Но даже самые чувствительные SQUID-датчики, созданные в более ранние периоды времени, имели проблемы, связанные с их относительно большими габаритными размерами, ограничивавшие их максимальную разрешающую способность. Для того, чтобы получить высокое разрешение карты магнитного поля SQUID-датчик должен быть как можно меньших размеров и быть приближен к поверхности на минимальное расстояние, но ни в коем случае не касаться ее.
Для преодоления вышеописанных проблем ученые с физического факультета института Вайцмана, работающие под руководством профессора Илы Зельдова (Eli Zeldov), взяли полую кварцевую трубку и растягивали ее до тех пор, пока один из ее концов не приобрел форму окружности, диаметром всего в 46 нанометров. Поместив этот тончайший наконечник из кварцевого стекла на зонд сканирующего микроскопа, ученые получили самый малогабаритный SQUID-датчик на сегодняшний момент времени, который позволяет получить подробные изображения магнитных полей образцов материала, размерами в несколько нанометров.
«Конечно, в настоящее время есть SQUID-датчики, имеющие более высокую чувствительность к однородным магнитным полям. Но высокая чувствительность, плюс близость зонда к образцу и плюс малые размеры самого зонда делают наше устройство абсолютным рекордсменом в своем классе» — рассказывает профессор Зельдов, — «С помощью нашего SQUID-датчика мы можем измерить магнитное поле, создаваемое вращением одного единственного электрона».
В настоящее время ученые уже широко используют созданный ими SQUID-датчик для изучения явления сверхпроводимости. В скором времени эта технология станет доступной и ученым из других организаций, что, безусловно, приведет не только к лучшему пониманию физических процессов, происходящих в сверхпроводниках, но и позволит проникнуть в самую суть совершенно новых физических явлений, происходящих в материалах других классов.
Источник:
