Итальянские физики считают, что у магнитов для холодильников большое будущее. Правда, понимают они эти термины совершенно иначе. В Пизанском институте нанотехнологий рассматривают способ управлять передачей тепла с помощью магнитных полей и квантовых эффектов.

Ещё в 1962 году физик Брайан Джозефсон (Brian Josephson) предсказал, что электроны могут туннелировать между двумя сверхпроводниками, разделёнными тонким слоем диэлектрика. В начале шестидесятых такой процесс считался невозможным с точки зрения классической физики.

Явление получило название эффект Джозефсона. Его механизм было трудно объяснить, и о работах в этом направлении предпочли забыть до лучших времён. Успехи квантовой физики приблизили их наступление. На основе джозефсоновских туннельных контактов были созданы сверхчувствительные магнитометры и сканирующие микроскопы.

Эффект Джозефсона (пояснения в тексте). Изображение: Edwin Cartlidge / Nature
Эффект Джозефсона (пояснения в тексте). Изображение: Edwin Cartlidge / Nature

Электрический ток в сверхпроводнике может протекать даже через слой диэлектрика (обозначен жёлтым).

Дальнейшее изучение магнитных полей, возникающих при прохождении сверхпроводящего тока, привело к другому открытию.

Магнитное поле (показано стрелками) изменяет направление теплового потока, заставляя его частично двигаться от более холодной области (выделено синим) к более горячей (обозначена красным).

Возникает мнимое нарушение второго закона термодинамики, объясняемое сдвигом фазы и необходимостью учёта той доли тепловой энергии, которую переносят электроны.

Наблюдение итальянских физиков позволяет расширить сферу применения известного эффекта и вывести её за рамки научного оборудования. Сегодня можно говорить о перспективах практического применения как минимум в двух новых направлениях.

Порождаемые джозефсоновскими токами магнитные поля представляют интерес для разработки криогенных систем нового поколения. Вероятно, их можно будет сделать твёрдотельными, частично или полностью отказавшись от жидкости и газа в качестве теплоносителя. Пока в реальных экспериментах за счёт магнитного поля удалось лишь снизить количество тепла, передаваемого от горячей зоны к более холодной.

Другим возможным аспектом применения видится создание “калоритронных” устройств, использующих в качестве носителя информации тепло вместо заряда. Такая память с поддерживающимися локальными зонами нагрева может быть актуальна для специфических сфер применения, где стабильная работа электроники невозможна в силу внешних условий.