Elektronik keadaan yang menyerupai molekul dan menjanjikan untuk digunakan dalam komputer kuantum masa depan telah diciptakan dalam sirkuit superkonduktor oleh fisikawan di RIKEN.
Keuntungan paling nyata dari superkonduktor—bahan yang tidak memberikan hambatan listrik terhadap aliran elektron—dalam sirkuit elektronik adalah bahwa superkonduktor tidak menghasilkan pemanasan yang sia-sia, sehingga membatasi efisiensi energi sirkuit konvensional.
Namun mereka juga mempunyai keuntungan besar lainnya. Superkonduktivitas muncul karena interaksi mekanika kuantum antar elektron. Efek eksotik ini dapat dimanfaatkan dalam perangkat, memberikan berbagai fungsi yang tidak tersedia pada perangkat konvensional.
Kini, Sadashige Matsuo dari RIKEN Center for Emergent Matter Science dan rekan kerjanya telah menyelidiki efek seperti itu. Dikenal sebagai molekul Andreev, molekul ini dapat digunakan untuk teknologi informasi kuantum di komputer kuantum masa depan. Makalah ini diterbitkan di jurnal Alam Komunikasi.
Bahan penyusun dasar rangkaian superkonduktor adalah persimpangan Josephson: perangkat yang dibuat dengan mengapit bahan normal di antara dua superkonduktor, yang dapat mengontrol aliran arus super.
Ketika material normal berinteraksi dengan superkonduktor, sebuah elektron pada material normal dipantulkan sebagai lubang, dan sepasang elektron dihasilkan dalam superkonduktor. Refleksi ini membentuk keadaan terikat pada material normal persimpangan Josephson, yang disebut keadaan terikat Andreev.
Jika dua persimpangan Josephson cukup dekat, mereka dapat membentuk molekul Andreev dengan bertaut satu sama lain. Matsuo dan rekan kerjanya fokus pada dua persimpangan Josephson yang berbagi satu elektroda superkonduktor pendek. Dalam strukturnya, keadaan terikat Andreev di persimpangan yang berbeda diharapkan terhubung satu sama lain melalui elektroda bersama.
“Ketika molekul Andreev ini ada, satu persimpangan Josephson dapat mengontrol persimpangan Josephson lainnya,” jelas Matsuo. “Dan kemudian muncul fenomena transpor superkonduktor yang eksotik dan berguna, seperti efek dioda Josephson – sebuah efek yang dapat menyebabkan berkurangnya penyearah disipatif dalam sirkuit superkonduktor.”
Matsuo dan rekan kerjanya membuat dua sambungan Josephson dengan lapisan tipis indium arsenida. Mereka kemudian memasangkannya melalui elektroda superkonduktor bersama yang terbuat dari aluminium, yang menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah.
Tim mempelajari sifat elektronik struktur ini dengan mengukur arus terowongan ke persimpangan pada berbagai tegangan dan kekuatan medan magnet, suatu teknik yang disebut spektroskopi terowongan. Hal ini memungkinkan mereka untuk mengamati tingkat energi di persimpangan Josephson yang berhubungan dengan molekul Andreev.
“Para peneliti sebelumnya telah melaporkan karakterisasi spektroskopi molekul Andreev dalam struktur perangkat yang berbeda,” kata Matsuo. “Tetapi kami sekarang telah berhasil mengamatinya di persimpangan Josephson dan menunjukkan kemampuan pengendaliannya untuk pertama kalinya.
“Pekerjaan kami memberikan informasi mendasar tentang molekul Andreev. Dan hal ini akan membuka jalan bagi rekayasa fenomena transportasi superkonduktor eksotis di persimpangan Josephson di masa depan.”