لغزش فاز کوانتوم در نانوسیم های ابررسانا

هر گاه نمونه ابررسانایی که به شکل سیم یا حلقه نازک ساخته شده در حد ابعاد نانو باشد، یعنی پهنای نمونه ابررسانا از طول همدوسی و عمق نفوذ کوچک تر باشد، ابررسانای یک بعدی یا شبه یک بعدی خواهیم داشت.در ابررسانای یک بعدی است که قادر خواهیم بود به مرز پدیده ابررسانایی بسیار نزدیک شویم و چگونگی نظم ابررسانایی را در آن ها بررسی کنیم. یکی از پدیده های بسیار مهمی که در این پژوهش به آن پرداخته ایم بررسی افت وخیزهای ابررسانایی است. پس از کشف پدیده ابررسانایی به عنوان افت ناگهانی مقاومت به مقدار بی اندازه کوچک غیرقابل اندازه گیری، دریافتند که غالباً گذار فاز ابررسانایی به هیچ وجه ناگهانی نیست و مقاومت اندازه گیری شده نمونه r(t) در نزدیکی دمای بحرانی می تواند پهنای متفاوتی داشته باشد. دلیل فیزیکی در پشت چنین پهن شدگی گذار، افت و خیزهای ابررسانایی است. حال این سوال مطرح است که آیا ابررسانایی در دستگاه های (شبه) یک بعدی می تواند باقی بماند یا افت و خیزها موجب توقف همدوسی فاز شده و در نتیجه هر جریانی را آشفته می کنند؟ پاسخ به این سوال هم بهره بنیادی و هم اهمیت کاربردی دارد. از یک سو، تحقیقات بر روی این موضوع به طور قطع به آشکار کردن فیزیک جدید کمک کرده و بر نقش مهم افت و خیزهای ابررسانایی در سامانه های یک بعدی، نور بیشتری می افکند، و از سوی دیگر، پیشرفت سریع در کوچک سازی نانو قطعات، افق های جدیدی را در کاربردهای نانو مدارهای ابررسانایی باز می کند و نیازمند درک بهتری از محدودیت های بنیادی برای پدیده ابررسانایی در ابعاد کاهش یافته است ما در این پژوهش به بررسی افت وخیزهای گرمایی وکوانتومی در نانو سیم های ابررسانا پرداخته ایم. در دماهای نزدیک tc طبق نظریه لانگروامبرگاوکارافت وخیز های گرمایی باعث ایجاد مقاومت در نانو سیم ها شده وجریان پایا در نانوسیم برقرار میشود. ما بابسط این نظریه به سمت انرژی های پایین و دماهای پایین تر ازtc رفتیم و مقاومت کمتری را محاسبه کردیم.درواقع با کاهش دما تعداد افت وخیزهای گرمایی کاهش می یابد ومقاومت قابل ملاحظه ای مشاهده نمی شود. اما پیشرفت های اخیر در فن آوری لیتوگرافی اجازه ساخت نانوسیم های ابررسانا با قطر بسیار کوچک (تا 10 نانومتر و حتی پایین تر) را می دهند که حتی نزدیک هم جریان کنترل شده ابررسانایی از خود نشان می دهند.حال اگر افت و خیزهای گرمایی در نزدیک مقاومت قابل اندازه گیری ایجاد نمی کنند چه عاملی باعث جریان کنترل شده ابررسانایی می شود؟ این احتمال را می توان در نظر گرفت که لغزش های فاز نه تنها به علّت افت و خیزهای گرمایی بلکه در نتیجه افت و خیزهای کوانتومی پارامتر نظم ابررسانشی رخ می دهند. یک نظریه میکروسکوپی از فرآیندهای qps در نانوسیم های ابررسانا توسط فن کنش موثر زمان موهومی توسعه داده شده است. این نظریه تا t=0 قابل اجرا بوده و به طور صحیحی برای آثار ناترامزمندی، اتلافی و الکترومغناطیسی در طی رویداد qps در نظر گرفته می شود. در این پژوهش پدیده تونل زنی به صورت لغزش فاز کوانتومی میدان پارامتر نظم بیان می شود. در واقع میدان پارامتر نظم ابررسانایی سد پتانسیل ایجاد شده را به شکل گرد شاره هایی تونل می زند.هر رویداد qps شامل دو بخش هسته مرکزی و بخش هیدرودینامیکی اطراف آن می باشد. بخش هیدرودینامیکی qps همانند یک گردشاره سد پتانسیل را تونل میزند. چرخش حول هسته باعث میشود در هربار چرخش میدان پارامتر نظم حتما از مقدار صفر بگذرد. اما هسته qps سد پتانسل را همانند تونل زنی کوانتومی عبور میکند. تابع به محض ورود به سد پتانسیل به شکل نمایی مقدارش صفر میشود.درواقع مغزی qps به شکل فلز عادی مقاومت از خود نشان میدهد ودر این قسمت اتلاف توسط جریان های عادی دارای اهمیت هستند.