Сверхпроводники — одни из самых необычных материалов в квантовой физике: при охлаждении ниже определённой переходной температуры их электрическое сопротивление исчезает, и ток может течь без потерь на тепло. В ходе исследования учёные попытались заглянуть за привычный предел — так называемый критический ток — который обычно ограничивает способность материала проводить ток без сопротивления. По данным блоков источника, ролевая причина стандартного «краха» сверхпроводимости кроется не в самой паре Купера, а в динамике вихревых течений и сопутствующего нагрева, что разрушает сверхпроводящее состояние.

Ключевой вывод состоит в том, что у материала есть более фундаментальный предел, известный как депаринг-потоковый ток. Это значение отражает, как сильно ток «скручивает» фазу кванта и может привести к рассыпанию Куперовских пар. Однако прямые переменные DC-измерения редко достигают этого предела, потому что вихри и нагрев обычно разрушают состояние сверхпроводимости раньше. Эти моменты подчёркнуты в пояснениях авторов исследования.

Авторы предложили способ обойти ограничение вихревой динамики: короткие электрические импульсы, длительностью пикосекунд, позволяют задействовать очень высокую плотность тока до того, как вихри успеют двигаться и материал нагреется. По словам Эриинa Ванга (Eryin Wang), задача состояла в том, чтобы «обогнать» вихровую динамику. Этот подход позволяет приблизить сверхпроводник к его фундаментальному пределу тока, уменьшая потери энергии, вызванные движением вихрей.

Проверку провели на двух разных материалах — NbN и YBCO — потому что они представляют разные формы сверхпроводимости: NbN обладает почти однородной энергетической щелью (s‑wave), а YBCO — крадется по разным направлениям (d‑wave). Исследование двух материалов позволило увидеть, как микроструктура сверхпроводящего состояния влияет на поведение при экстремально сильном ультрабыстром токе. NbN сохранял сверхпроводимость до более высокого порога по току по сравнению с обычным DC-тестированием, после чего реакция материала резко менялась — знак разрушения Куперовских пар. YBCO же демонстрировал постепенное ослабление состояния по мере роста тока.

Результаты дают новые сведения о скрытой физике сверхпроводимости: ультрабыстрые импульсы тока позволяют получить доступ к микроскопическим свойствам и характеру энергетической щели, которые недоступны через обычные DC-переносники. Авторы подчёркивают необходимость расширить диапазон материалов и изучить, как широко распространяется полученная связь между ультракороткими импульсами и транспорта сверхпроводников. В перспективе такой режим ультравысокого тока может повлиять на электрооптику и магнитные устройства.