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Fractional Flux Quanta

Composite Vortex

Many materials exhibit a multicomponent nature in their superconducting state. Notable examples include heavy-fermion compounds, Fe-based pnictides, and MgB₂. In these materials, superconductivity arises from electron condensates associated with different electron bands. Within the framework of Ginzburg-Landau theory, such phenomena can be described by multiple order parameters that are weakly coupled together.

A two-band superconductor in an external magnetic field can accommodate fractional vortices—whirls of supercurrent originating from different superfluid condensates. These vortices carry a fractional flux quantum and tend to attract each other, forming composite vortices with the full flux quantum Φ₀. However, due to differences in the vortex core sizes and condensate viscosities, composite vortices can dissociate into fractional components under the influence of a transport current.

In our research, we elaborate approaches to control the dissociation and recombination of composite vortices, manipulate their dynamics, and explore their applications in fluxonic devices.

Project Staff: Dr. Anton Pokusinkskyi

Major publications:

  • Dissociation of composite Abrikosov vortices in two-band superconductors in a strong rf field
    A. Pokusinskyi, A. L. Kasatkin
    Low Temp Phys. 50 (2024) 111
    DOI: 10.1063/10.0024321
  • Ultra-fast vortex motion in a direct-write Nb-C superconductor
    O. V. Dobrovolskiy, D. Yu. Vodolazov, F. Porrati, R. Sachser,
    V. M. Bevz, M. Yu. Mikhailov, A. V. Chumak, and M. Huth
    Nat. Commun. 11 (2020) 3291
    DOI: 10.1038/s41467-020-16987-y

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