Випуски $\rightarrow$ Том 27, випуск 4 (2026)

Критичний струм у надпровідниках із сильним пінінґом вихорів Абрикосова

КАСАТКІН О.Л.$^{1,2}$, ФЛІС В.С.$^{1}$, КАЛЕНЮК О.А.$^{1}$, МОЩІЛЬ В.Є.$^{2}$, ЦВІТКОВСЬКИЙ В.П.$^{1}$, ШАПОВАЛОВ А.П.$^{1,3}$, ПРІХНА Т.О.$^{2}$, КОРДЮК О.А.$^{1,3}$

$^1$Інститут металофізики ім. Г.В. Курдюмова НАН України, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна
$^2$Інститут надтвердих матеріалів ім. В.М. Бакуля НАН України, вул. Автозаводська, 2, 04074 Київ, Україна
$^3$Київський академічний університет, бульв. Академіка Вернадського, 36, 03142 Київ, Україна

Отримано / остаточна версія: 26.06.2026 / 08.10.2026 Завантажити PDF logo PDF

Анотація
Однією з найважливіших проблем у прикладній надпровідності є збільшення струмонесної здатности та, відповідно, критичного струму надпровідних матеріялів, що використовуються в сучасній електротехніці й електроніці. Для вирішення цієї проблеми необхідно створити умови для ефективного закріплення вихорів Абрикосова та перешкоджання їхньому руху під впливом Льорентцової сили, що ґенерується транспортним струмом. Численні дослідницькі групи намагаються вирішити цю проблему оптимальним чином, вибираючи відповідну штучну дефектну наноструктуру, імплантовану всередину надпровідного матеріялу, щоб запобігти руху магнетних флюксонів і виникненню відповідного резистивного стану надпровідника, спричиненого цим рухом. У даній роботі розглядаються механізми ефективного закріплення (пінінґу) вихорів у помірно анізотропних 3D-надпровідниках, утворених нанорозмірними структурними дефектами різної вимірности, та так званий «магнетний» механізм пінінґу у гібридних плівкових структурах надпровідник/феромагнетик (S/F), а також оцінюється вплив їх на величину критичного струму та його залежність від температури й магнетного поля різної орієнтації відносно кристалічних осей. В огляді також представлено експериментальні результати міряння критичного струму у високотемпературних надпровідних матеріялах: тонких плівках Y–Ba–Cu–O, одержаних методом імпульсного лазерного осадження, та у об’ємних текстурованих зразках MgB2, виготовлених із розтопу, і плівках цього матеріялу з різними дефектними наноструктурами.

Ключові слова: надпровідник, вихор Абрикосова, пінінґ, критичний струм, стовпчастий дефект, двійникова межа, бікристал.

DOI: https://doi.org/10.15407/ufm.27.04.***

Citation: O.L. Kasatkin, V.S. Flis, O.A. Kalenyuk, V.Ye. Moshchil, V.P. Tsvitkovskyi, A.P. Shapovalov, T.O. Prikhna, and O.A. Kordyuk, Critical Current in Superconductors with Strong Pinning of Abrikosov’s Vortices, Progress in Physics of Metals, 27, No. 4: ***–*** (2026)

Цитована література   
  1. D. Larbalestier, A. Gurevich, D. M. Feldmann, and A. Polyanskii, Nature, 414, No. 6861: 368 (2001); https://doi.org/10.1038/35104654
  2. K. Matsumoto and P. Mele, Supercond. Sci. Technol., 23: 014001 (2010); https://doi.org/10.1088/0953-2048/23/1/014001
  3. W.-K. Kwok, U. Welp, A. Glatz, A.E. Koshelev, K.J. Kihlstrom, and G.W. Crabtree, Rep. Prog. Phys., 79, No. 11: 116501 (2016); https://doi.org/10.1088/0034-4885/79/11/116501
  4. S. Eley, A. Glatz, and R. Willa, J. Appl. Phys., 130: 050901 (2021); https://doi.org/10.1063/5.0055611
  5. K.J. Kihlstrom, L. Civale, S. Eley, D.J. Miller, U. Welp, W.K. Kwok, P. Niraula, A. Kayani, G. Ghigo, F. Laviano, S. Fleshler, M. Rupich, and M. Leroux, Supercond. Sci. Technol., 34: 015011 (2021); https://doi.org/10.1088/1361-6668/ab9f64
  6. B. Maiorov, S.A. Baily, H. Zhou, O. Ugurlu, J.A. Kennison, P.C. Dowden, T.G. Holesinger, S.R. Foltyn, and L. Civale, Nature Mater., 8: 398 (2009); https://doi.org/10.1038/nmat2408
  7. T.G. Holesinger, M.D. Feldmann, B. Maiorov, L. Civale, J.A. Kennison, Y.J. Coulter, P.D. Dowden, J.F. Baca, P.H. Tobash, E.D. Bauer, and K.R. Marken, Materials, 4, No. 11: 2042 (2011); https://doi.org/10.3390/ma4112042
  8. S.H. Wee, Y.L. Zuev, C. Cantoni, and A. Goyal, Sci. Rep., 3: 2310 (2013); https://doi.org/10.1038/srep02310
  9. T. Horide, K. Otsubo, R. Kita, N. Matsukida, M. Ishimaru, S. Awaji, and K. Matsumoto, Supercond. Sci. Technol., 30, No. 7: 074009 (2017); https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa70d3
  10. V.L. Svetchnikov, V.S. Flis, A.A. Kalenyuk, A.L. Kasatkin, A.I. Rebikov, V.O. Moskaliuk, C.G. Tretiatchenko, and V.M. Pan, J. Phys.: Conf. Ser., 234: 012041 (2010); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/17426596/234/1/012041
  11. V.I. Matsui, V.S. Flis, V.O. Moskaliuk, A.L. Kasatkin, N.A. Skoryk, and V.L. Svechnikov, J. Nanosci. Nanoeng., 1, No. 2: 38 (2015); http://files.aiscience.org/journal/article/html/70270011.html
  12. G. Blatter, M.V. Feigelman, V.B. Geshkenbein, A.I. Larkin, and V.M. Vinokur, Rev. Mod. Phys., 66: 1125 (1994); https://doi.org/10.1103/RevModPhys.66.1125
  13. E.H. Brandt, Rep. Prog. Phys., 58: 1465 (1995); http://iopscience.iop.org/0034-4885/58/11/003
  14. L. Civale, Supercond. Sci. Technol., 10, No. 7A: A11 (1997); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-2048/10/7A/003
  15. V.M. Pan, A.L. Kasatkin, V.L. Svetchnikov, and H.W. Zandbergen, Cryogenics, 33: 21 (1993); https://doi.org/10.1016/0011-2275(93)90070-5
  16. B. Dam, J.M. Huijbregtse, F.C. Klaassen, R.C.F. van der Geest, G. Doornbos, J.H. Rector, A.M. Testa, S. Freisem, J.C. Martinezk, B. Stauble-Pumpin, and R. Griessen, Nature, 399: 439–442 (1999); https://doi.org/10.1038/20880
  17. V. Pan, Y. Cherpak, V. Komashko, S. Pozigun, C. Tretiatchenko, A. Semenov, E. Pashitskii, and A.V. Pan, Phys. Rev. B, 73: 054508 (2006); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.73.054508
  18. A. Goyal, S. Kang, K.J. Leonard, P.M. Martin, A.A. Gapud, M. Varela, M. Paranthaman, A.O. Ijaduola, E.D. Specht, J.R. Thompson, D.K. Christen, S.J. Pennycook, and F.A. List, Supercond. Sci. Technol., 18: 1533 (2005); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-2048/18/11/021
  19. S.R. Foltyn, L. Civale, J.L. MacManus-Driscoll, Q.X. Jia, B. Maioro, H. Wang, and M. Maley, Nature Mater., 6: 631 (2007); https://doi.org/10.1038/nmat1989
  20. J.P.F. Feighan, A. Kursumovic, and J.L. MacManus-Driscoll, Supercond. Sci. Technol., 30: 123001 (2017); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6668/aa90d1
  21. J. Wu and J. Shi, Supercond. Sci. Technol., 30: 103002 (2017); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1361-6668/aa8288
  22. V. Tsvetkovskii, A. Kasatkin, and V. Shabatura, J. Phys.: Conf. Ser., 43: 639 (2006); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/1742-6596/43/1/156/meta
  23. V.A. Fedirko, A.L. Kasatkin, and S.V. Polyakov, J. Low Temp. Phys., 192: 359 (2018); https://doi.org/10.1007/s10909-018-1986-0
  24. A.E. Koshelev and A.B. Kolton, Phys. Rev. B, 84: 104528 (2011); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.84.104528
  25. R.J. Wijngaarden, R. Griessen, J. Fendrich, and W.-K. Kwok, Phys. Rev. B, 55: 3268 (1997); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.55.3268
  26. M. Oussena, P.A.J. de Groot, S.J. Porter, R. Gagnon, and L. Taillefer, Phys. Rev. B, 51: 1389 (1995); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.51.1389
  27. A. Palau, J.H. Durrell, J.L. MacManus-Driscoll, S. Harrington, T. Puig, F. Sandiumenge, X. Obradors, and M.G. Blamire, Phys. Rev. Lett., 97: 257002 (2006); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.97.257002
  28. A. Palau, R. Dinner, J.H. Durrell, and M.G. Blamire, Phys. Rev. Lett., 101: 097002 (2008); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.101.097002
  29. V. Rouco, A. Palau, R. Guzman, J. Gazquez, M. Coll, X. Obradors, and T. Puig, Supercond. Sci. Technol., 27: 125009 (2014); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0953-2048/27/12/125009/meta
  30. T.A. Prikhna, A.L. Kasatkin, M. Eisterer, V.E. Moshchil, A.P. Shapovalov, V.V. Romaka, J. Rabier, A. Jouline, X. Chaud, M. Rindfleisch, S.S. Ponomaryov, A.V. Shaternik, and V.B. Sverdun, IEEE Trans. Appl. Supercond., 32, No. 4: 1 (2022); https://ieeexplore.ieee.org/document/9665304
  31. H. Hilgenkamp and J. Mannhart, Rev. Mod. Phys., 74: 485 (2002); https://doi.org/10.1103/RevModPhys.74.485 32
  32. A. Gurevich and E.A. Pashitskii, Phys. Rev. B, 57: 13878 (1998); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.57.13878
  33. F. Tafuri and J.R. Kirtley, Rep. Prog. Phys., 68: 2573 (2005); https://iopscience.iop.org/article/10.1088/0034-4885/68/11/R03
  34. N.F. Heinig, R.D. Redwing, J.E. Nordman, and D. Larbalestier, Phys. Rev. B, 60: 1409 (1999); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.60.1409
  35. R. Held, C.W. Schneider, J. Mannhart, L.F. Allard, K.L. More, and A. Goyal, Phys. Rev. B, 79: 014515 (2009); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.79.014515
  36. B. Kalisky, J.R. Kirtley, E.A. Nowadnick, R.B. Dinner, E. Zeldov, Ariando, S. Wenderich, H. Hilgenkamp, D.M. Feldmann, and K.A. Moler, Appl. Phys. Lett., 94: 202504 (2009); https://doi.org/10.1063/1.3137164
  37. A. Diaz, L. Mechin, P. Berghuis, and J.E. Evetts, Phys. Rev. Lett., 80: 3855 (1998); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.80.3855
  38. M.J. Hogg, F. Kahlmann, E.J. Tarte, Z.H. Barber, and J.E. Evetts, Appl. Phys. Lett., 78: 1433 (2001); https://doi.org/10.1063/1.1351529
  39. A. Diaz, L. Mechin, P. Berghuis, and J.E. Evetts, Phys. Rev. B, 58: R2960 (1998); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.58.R2960
  40. J.H. Durrell, M.J. Hogg, F. Kahlmann, Z.H. Barber, M.G. Blamire, and J.E. Evetts, Phys. Rev. Lett., 90: 247006 (2003); https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.90.247006
  41. T. Horide and K. Matsumoto, Phys. Rev. B, 77: 132502 (2008); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.77.132502
  42. A. Gurevich, Phys. Rev. B, 65: 214531 (2002); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.65.214531
  43. A.L. Kasatkin and V.P. Tsvetkovskii, Low Temp. Phys., 46: 338 (2020); https://doi.org/10.1063/10.0000864
  44. E.A. Pashitskii and V.I. Vakaryuk, Fiz. Nizk. Temp., 28: 16 (2002); idem, Low Temp. Phys., 28: 11 (2002); https://doi.org/10.1063/1.1449179
  45. J.R. Clem and A. Sanches, Phys. Rev. B, 50, No. 13: 9355 (1994); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.50.9355
  46. Y.M. Boguslavsky and A.P. Shapovalov, Superconductor Science and Technology, 4: 149 (1991); https://doi.org/10.1088/0953-2048/4/4/004
  47. V.S. Flis, A.A. Kalenyuk, A.L. Kasatkin, V.O. Moskalyuk, A.I. Rebikov, V.L. Svechnikov, K.G. Tret’yachenko, and V.M. Pan, Low Temp. Phys., 36: No. 1: 59 (2010); https://doi.org/10.1063/1.3292938
  48. A.A. Kalenyuk, A.L. Kasatkin, S.I. Futimsky, A.O. Pokusinskiy, T.A. Prikhna, A.P. Shapovalov, V.E. Shaternik, and S. Akhmadaliev, Superconductor Science and Technology, 36, No. 3: 035009 (2023); https://doi.org/10.1088/1361-6668/acb110
  49. O.L. Kasatkin, O.A. Kalenyuk, A.O. Pokusinskyi, S.I. Futimsky, and A.P. Shapovalov, High-frequency electrodynamics of nanostructured multiband superconductors, Prog. Phys. Met., 25, No. 2: 416 (2024); https://doi.org/10.15407/ufm.25.02.416
  50. T. Prikhna, A. Shapovalov, M. Eisterer, V. Shaternik, W. Goldacker, H.W. Weber, A. Kozyrev, V. Moshchil, V. Sverdun, V. Boutko, G. Grechnev, A. Gusev, V. Kovylaev, and A. Shaternik, Physica C, 533: 36 (2017); https://doi.org/10.1016/j.physc.2016.08.002
  51. D. Dew-Hughes, Philos. Mag. B, 55: 459 (1987); https://doi.org/10.1080/13642818708217956
  52. A.V. Shaternik, T.A. Prikhna, M. Eisterer, V.V. Kovylaev, and V.E. Shaternik, Features of the transport properties of superconducting magnesium diboride samples, Metallofiz. Noveishie Tekhnol., 43, No. 10: 1305–1312 (2021); https://doi.org/10.15407/mfint.43.10.1305
  53. I.F. Lyuksyutov and V.L. Pokrovsky, Advances in Physics, 54, No. 1: 67–136 (2005); https://doi.org/10.1080/00018730500057536
  54. L.N. Bulaevskii, E.M. Chudnovsky, and M.P. Maley, Appl. Phys. Lett., 76, No. 18: 2594–2596 (2000); https://doi.org/10.1063/1.126419
  55. J. Huang and H. Wang, Supercond. Sci. Technol., 30: 114004 (2017); https://doi.org/10.1088/1361-6668/aa8d32
  56. E. Zhitlukhina, M. Poláčková, S. Volkov, B. Grančič, M. Gregor, T. Plecenik, M. Belogolovskii, P. Seidel, and A. Plecenik, Appl. Nanosci., 13: 4771–4777 (2023); https://doi.org/10.1007/s13204-022-02614-3
  57. S.-Z. Lin and L.N. Bulaevskii, Phys. Rev. B, 86: 064523 (2012); https://doi.org/10.1103/PhysRevB.86.064523

Ліцензія Creative Commons
Цю статтю ліцензовано на умовах Ліцензії Creative Commons із зазначенням авторства — без похідних 4.0 Міжнародна
© Інститут металофізики ім. Г. В. Курдюмова НАН України,