Учени са създали "невъзможно" междинно състояние между свръхпроводимост и изолация

Ваня Милева Последна промяна на 16 октомври 2025 в 00:00 105 0

Схема на експеримента

Кредит Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/xbm4-37cf
a) Цветна сканираща електронна микрография на референтното устройство, направена преди отлагането на общия горен гейт. (Гейтът е инструмент, който електронно заглушава сигнали, които падат под определен праг, използван за премахване на фоновия шум) Квадратните алуминиеви острови (сиви) са образувани върху повърхността на полупроводниковата хетероструктура (зелено-сива) и са разделени от бариерен гейт (жълт). (b) Схематично напречно сечение на устройството, илюстриращо геометрията на двойния гейт. Долният рамков гейт настройва централната част на преходите, а общият горен гейт настройва 2DEG около островите. (c) Оптична микрография на измервателно устройство на ефекта на Хол, показваща настройката за измерване.

Изследователи от Института "Нилс Бор" към Университета в Копенхаген са успели да превърнат много тънки проводници от свръхпроводящо състояние в изолиращо, създавайки "невъзможно" междинно състояние между двете взаимно изключващи се фази.

Изследването на материалите е от решаващо значение при работа с квантови състояния. Материалът, използван като основа за създаване на контролирани квантови състояния – независимо дали за изчисления, сензори или комуникации – до голяма степен определя колко успешно може да се потисне повсеместният шум, който пречи или дори унищожава желаните "чисти" квантови състояния или сигнали. Това е постоянна борба.

Екип, ръководен от Саулиус Вайтекенас (Saulius Vaitiekenas), доцент в Института "Нилс Бор", успя да създаде това, което се смяташе за невъзможно: междинно състояние между свръхпроводник (без съпротивление или загуба на електрическа връзка) и пълен изолатор (без никакъв електрически сигнал).
Работата е публикувана в списанието Physical Review Letters.

Прекъснатото разпределително табло направи възможно неочакваното поведение

Екипът построил "разпределително табло" с малки свръхпроводящи острови, оборудвани с "регулатор на напрежението" – нещо като транзистор – който им позволявал да контролират взаимодействията между тези острови. Според досегашните представи системата ще премине от свръхпроводящо състояние (когато островите могат да "комуникират" помежду си) директно в изолиращо състояние (когато са изключени).

Вместо това, изследователите откриват междинно състояние, в което островите продължават да взаимодействат помежду си, но без свръхпроводимост. Поради това неочаквано поведение, състоянието е наречено аномален метален режим.

"Нашето проучване хвърля повече светлина върху това състояние, показвайки, че именно квантовите флуктуации, или по-точно, неопределеността между свръхпроводящата фаза между островите и броя на частиците върху островите в нашата проба, генерират това поведение", посочва Вайтекенас.

Квантовите фазови преходи са част от по-голям пъзел

Експериментът хвърля светлина върху дългогодишния въпрос за аномалния метал – неочаквано състояние на материята, наблюдавано, когато устройствата преминават от свръхпроводящо състояние (перфектен проводник) в изолиращо състояние.

"Разбирането на такива квантови фазови преходи е като решаването на по-голяма задача. Едно парче от този пъзел може да не разкрие цялата картина, но в дългосрочен план това може да бъде стъпка към електроника, която консумира по-малко енергия, и квантови устройства, които са по-управляеми и надеждни за бъдещи приложения“, обяснява Вайтекенас.

Откриването на аномално метално състояние може да има важни последици за развитието на квантовите технологии. За разлика от конвенционалните метали, където съпротивлението постепенно намалява с понижаване на температурата, при свръхпроводниците съпротивлението рязко спада до нула под критична температура. Откритото междинно състояние, при което се запазва известна проводимост, но липсва свръхпроводимост, оспорва традиционните представи и би могло да доведе до създаването на нови видове квантови устройства с подобрена управляемост.

Справка: S. Sasmal et al, Voltage-Tuned Anomalous-Metal to Metal Transition in Hybrid Josephson Junction Arrays, Physical Review Letters (2025). DOI: 10.1103/xbm4-37cf. On arXiv: DOI: 10.48550/arxiv.2505.12536

Източник: Anomalous metal sheds light on 'impossible' state between superconductivity and insulation, University of Copenhagen

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 !