אֶלֶקטרוֹנִי מדינות הדומות למולקולות ומבטיחות לשימוש במחשבים קוונטיים עתידיים נוצרו במעגלים מוליכים על ידי פיזיקאים ב-RIKEN.
היתרון הברור ביותר של מוליכים - חומרים שאינם מציעים התנגדות חשמלית לזרימת אלקטרונים - במעגלים אלקטרוניים הוא שהם אינם מייצרים שום חימום בזבזני, מה שמגביל את יעילות האנרגיה של מעגלים קונבנציונליים.
אבל יש להם גם יתרון גדול נוסף. מוליכות-על נוצרת עקב אינטראקציות קוונטיות-מכניות בין אלקטרונים. ניתן לרתום את ההשפעות האקזוטיות הללו במכשירים, ולספק להם מגוון רחב של פונקציונליות שאינה זמינה במכשירים קונבנציונליים.
כעת, Sadashige Matsuo ממרכז RIKEN למדעי החומר המתעורר ועמיתים לעבודה חקרו בדיוק השפעה כזו. המכונה מולקולת אנדרייב, היא יכולה לשמש לטכנולוגיות מידע קוונטיות במחשבים קוונטיים עתידיים. המאמר מתפרסם בכתב העת תקשורת טבע.
אבן הבניין הבסיסית של מעגלים מוליכי-על היא צומת ג'וזפסון: מכשיר המיוצר על ידי חיבור חומר רגיל בין שני מוליכים, שיכול לשלוט בזרימת זרם העל.
במקום שבו החומר הרגיל מתממשק עם המוליכים, אלקטרון בחומר הרגיל משתקף כחור, וזוג אלקטרונים נוצר במוליך. השתקפות זו יוצרת מצבים קשורים בחומר הרגיל של צומת ג'וזףסון, מה שנקרא מצבים קשורים של אנדרייב.
אם שני צמתים ג'וזפסון קרובים מספיק, הם יכולים ליצור מולקולת אנדרייב על ידי קישור זה לזה. Matsuo ועמיתיו לעבודה התמקדו בשני צמתים ג'וזפסון שחלקו אלקטרודה אחת קצרה מוליכת-על. במבנה, המצבים הקשורים לאנדרייב בצמתים השונים צפויים להתחבר זה לזה באמצעות האלקטרודה המשותפת.
"כאשר מולקולות אנדריב אלו קיימות, צומת ג'וזפסון אחד יכול לשלוט בצומת ג'וזףסון אחר", מסביר מטסואו. "ואז צצות תופעות הובלה אקזוטיות ושימושיות, כמו אפקט דיודה ג'וזףסון - אפקט שעלול להוביל למיישרים פחות מתפזרים במעגלים מוליכים".
Matsuo ועמיתיו לעבודה יצרו שני צומתים של ג'וזפסון עם שכבה דקה של אינדיום ארסניד. לאחר מכן הם חיברו אותם יחד באמצעות אלקטרודה מוליכת-על משותפת עשויה אלומיניום, המוליכה בטמפרטורות נמוכות מאוד.
הצוות חקר את התכונות האלקטרוניות של מבנה זה על ידי מדידת זרם המנהור לצמתים במתחים מיושמים שונים ובעוצמות שדה מגנטי, טכניקה הנקראת ספקטרוסקופיה מנהרה. זה איפשר להם לצפות ברמות האנרגיה בצמתים של ג'וזפסון התואמות למולקולות של אנדרייב.
"חוקרים דיווחו בעבר על האפיון הספקטרוסקופי של מולקולות אנדרייב במבני המכשירים השונים", אומר מטסו. "אבל עכשיו הצלחנו לצפות בהם בצמתים של ג'וזףסון ולהפגין לראשונה את יכולת השליטה שלהם.
"העבודה שלנו מספקת מידע בסיסי על מולקולת אנדרייב. וזה יסלול את הדרך להנדסת תופעות תחבורה מוליכות-על אקזוטיות בצמתים מצמדים של ג'וזפסון בעתיד".