Прорыв в квантовой физике: создан экзотический сверхпроводник, управляемый магнетизмом

Фото: ScienceAlert

Хотя некоторые технологические достижения основаны на поиске способов создания токов нулевого сопротивления при более высоких температурах, физики также рассматривают более эффективные способы точного управления сверхэффективным потоком электронов. К сожалению, многие процессы, которые прекрасно подходят для обычной электроники, такие как применение внешних магнитных полей, рискуют повлиять на свойства, которые делают сверхпроводники такими эффективными. Физикам удалось локализовать экзотическое состояние сверхпроводимости, которое контролирует, а не разрушает сильный магнетизм. Результаты исследования были опубликованы в журнале Nature Physics, пишет ScienceAlert.

Физикам удалось сделать это, используя топологический изолятор, то есть полупроводниковый материал, который проводит электричество на своей поверхности, но не внутри из-за того, как внутри него расположены электроны. По словам ученых, можно снабдить топологические изоляторы магнитными атомами, чтобы ими можно было управлять с помощью магнита.

Физики создали двухмерный топологический изолятор из ртути, марганца и теллура. Это позволило им перевести электроны в экзотическое состояние, называемое состоянием Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова, где квантово-активированные пары электронов, которые позволяют токам течь без сопротивления, изменяются таким образом, что ими можно управлять.

В таком виде устройство могло бы работать как джозефсоновский контакт — компонент сверхпроводящих цепей, где сверхпроводящие части разделены тонким слоем несверхпроводящего материала.

Хотя состояние Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова наблюдалось в сверхпроводящих материалах как объемное свойство, его ограничение джозефсоновским контактом таким образом, чтобы им можно было управлять, позволяет физикам изучать это явление более подробно и разрабатывать технологии, которые могли бы лучше управлять сверхпроводящими системами.

По словам ученых, они сочетают преимущества сверхпроводника с управляемостью топологического изолятора. Используя внешнее магнитное поле, теперь можно точно контролировать свойства сверхпроводимости. Авторы исследования считают, что это настоящий прорыв в квантовой физике.

Как всегда, более глубокое понимание физических явлений, таких как взаимодействие между сверхпроводимостью и магнетизмом, потенциально может привести к более инновационным применениям этих явлений.

Сверхпроводимость уже используется по-разному: от компонентов внутри аппаратов МРТ до поездов на магнитной подвеске, которые плавают над рельсами, а это еще один пример динамической взаимосвязи между сверхпроводниками и магнитами.

В будущем результаты, представленные физиками, могут привести к разработке сверхпроводников, приспособленных для конкретных задач и целей. Одним из примеров, являются квантовые вычисления, где контроль над электронами и устойчивость к внешнему вмешательству имеют решающее значение для функциональности.

Ирина Скиба / Skibair
Журналист ATinform