Нанотехнологи Франческо Джизотто (Francesco Giazotto) и Мария Хосе Мартинес-Перес (María José Martínez-Pérez) из Высшей нормальной школы в Пизе (Италия) построили сверхпроводящий квантовый интерферометр (СКВИД), подтверждающий последнее из положений теории об эффекте Джозефсона, которое утверждает, что приложение магнитного поля к СКВИДу может вызвать изменения в количестве тепла, протекающего сквозь устройство.

В статье, опубликованной в журнале Nature, даётся описание самого интерферометра и принципа его работы.

Рис. 1. Итальянский СКВИД (иллюстрация Nature).

Около 50 лет назад физик Брайан Джозефсон предсказал возможность построения устройства, которое в настоящее время носит название джозефсоновского контакта и состоит из двух сверхпроводников, разделённых тонким слоем диэлектрика.

Благодаря уникальным волновым свойствам электронов последние способны проходить из одного сверхпроводника в другой, туннелируя сквозь изолятор.

Последующие исследования подтвердили правильность теории, после чего на её основе были построены устройства — СКВИДы, способные измерять напряжённость сверхмалых магнитных полей.

Помимо эффекта переноса сверхпроводящего тока туннелирующими куперовскими парами, теория также предсказывала, что при приложении к джозефсоновским контактам магнитного поля количество тепла, переносимого между двумя сверхпроводниками, может изменяться. Однако до сих пор подобный эффект так и не был продемонстрирован ни в одном из реальных устройств.

И вот итальянским учёным наконец-то удалось и это. Они использовали два Y-образных сверхпроводника, которые положили друг на друга так, чтобы тонкая прослойка изолятора между ними образовывала замкнутый круг.

Для исследования теплопереноса одну из сторон кольца нагрели, а другую охладили. При этом измерение количества переносимого между двумя сверхпроводниками тепла проводилось при приложении переменного (по силе) магнитного поля. В своих экспериментах учёные действительно наблюдали зависимость количества переносимого тепла (с одной стороны СКВИДа на другую) от силы приложенного магнитного моля. В некоторых случаях вообще наблюдался обратный перенос тепла (!) от холодной стороны СКВИДа к более тёплой.

Исследователи считают, что

изменения в тепловом потоке вызываются изменениями магнитного поля из-за разницы квантовых фаз между двумя сверхпроводниками. Изменения в силе магнитного поля могут приводить как к суммированию волновых функций двух сверхпроводников и увеличению теплового потока, так и к вычитанию волновых функций с обязательным уменьшением теплообмена.