Изследователи създават стабилен свръхпроводник, подсилен от магнетизъм

Ваня Милева Последна промяна на 08 април 2024 в 00:00 3010 0

Компоновка на устройството и схема на пространствената модулация на Re(Ψ(r)). a, Схема на Джоузефсонова връзка (JJ) със страничен контакт с квантовата яма, обозначена в червено. b, Микроскопско изображение на Номарски на един такъв изследван JJ. c, Схема

Кредит Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02477-1
Компоновка на устройството и схема на пространствената модулация на Re(Ψ(r)). a, Схема на Джоузефсонова връзка (JJ) със страничен контакт с квантовата яма, обозначена в червено. b, Микроскопско изображение на Номарски на един такъв изследван JJ. c, Схема на Re(Ψ(r)) с увеличаване на енергията на ефекта на Зееман, за нулево поле, 0 преход и π преход. По-тъмните сини тонове показват повече положителни стойности, а по-тъмните червени по-отрицателни, а бялото маркира пресичания на нулата

Международен екип успя да създаде специално състояние на свръхпроводимост. Това откритие може да даде тласък на развитието на квантовите компютри.

Резултатите са публикувани в Nature Physics.

Свръхпроводниците са материали, които могат да провеждат електричество без електрическо съпротивление - което ги прави идеален основен материал за електронни компоненти в машини за ядрено-магнитен резонанс, влакове с магнитна левитация и дори ускорители на частици. Обаче конвенционалните свръхпроводници лесно се смущават от магнетизма. Международна група от изследователи вече успя да изгради хибридно устройство, състоящо се от стабилен проксимитизиран свръхпроводник, подсилен от магнетизъм и чиято функция може да бъде специално контролирана.

Те комбинират свръхпроводника със специален полупроводников материал, наречен топологичен изолатор. "Топологичните изолатори са материали, които провеждат електричество на повърхността си, но не и вътре. Това се дължи на тяхната уникална топологична структура, т.е. специалното разположение на електроните", обяснява професор Чарлз Гулд (Charles Gould), физик в Института за топологични изолатори към Университета на Вюрцбург (JMU).

"Вълнуващото е, че можем да оборудваме топологични изолатори с магнитни атоми, така че да могат да бъдат контролирани от магнит".

В експеримента свръхпроводниците и топологичните изолатори са били свързани, за да образуват така наречената Джоузефсонова връзка (Josephson junction - JJ), връзка между два свръхпроводника, разделени от тънък слой несвръхпроводим материал.

"Това ни позволи да комбинираме свойствата на свръхпроводимостта и полупроводниците", обяснява Гулд.

"Така че комбинираме предимствата на свръхпроводника с управляемостта на топологичния изолатор. Използвайки външно магнитно поле, сега можем прецизно да контролираме свръхпроводящите свойства. Това е истински пробив в квантовата физика."

Устройство за измерване на температурата на пробата в миликелвини (-273 °C). Кредит: Mandal/JMU

Свръхпроводимостта среща магнетизма

Специалната комбинация създава екзотично състояние, в което се комбинират свръхпроводимост и магнетизъм - обикновено това са противоположни явления, които рядко съществуват едновременно. Това е известно като индуцирано от близост състояние на Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO).

Новият "свръхпроводник с контролна функция" може да бъде важен за практически приложения, като например разработването на квантови компютри. За разлика от конвенционалните компютри, квантовите компютри се основават не на битове, а на квантови битове (кубити), които могат да приемат не само две, а няколко състояния едновременно.

"Проблемът е, че квантовите битове в момента са много нестабилни, защото са изключително чувствителни към външни влияния, като електрически или магнитни полета", обяснява Гулд. "Нашето откритие може да помогне за стабилизирането на квантовите битове, така че да могат да бъдат използвани в квантовите компютри в бъдеще."

Справка: Pankaj Mandal et al, Magnetically tunable supercurrent in dilute magnetic topological insulator-based Josephson junctions, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02477-1

Източник: Researchers create stable superconductor enhanced by magnetism, Julius-Maximilians-Universität Würzburg 

Виж още за:
Най-важното
Всички новини

Още от Физика

Коментари

За писането на коментар е необходима регистрация.
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!

Няма коментари към тази новина !