전자 분자와 유사하고 미래의 양자 컴퓨터에 사용될 가능성이 있는 상태가 RIKEN의 물리학자들에 의해 초전도 회로에서 만들어졌습니다.
전자 회로에서 초전도체(전자 흐름에 전기 저항을 제공하지 않는 물질)의 가장 분명한 장점은 기존 회로의 에너지 효율성을 제한하는 낭비적인 열을 생성하지 않는다는 것입니다.
하지만 그들은 또 다른 큰 장점도 가지고 있습니다. 초전도성은 전자 사이의 양자 역학적 상호 작용으로 인해 발생합니다. 이러한 이국적인 효과를 장치에 활용하여 기존 장치에서는 사용할 수 없는 광범위한 기능을 제공할 수 있습니다.
이제 RIKEN 신물질 과학 센터의 마츠오 사다시게(Sadashige Matsuo)와 동료들은 바로 그러한 효과를 조사했습니다. Andreev 분자로 알려진 이 분자는 미래 양자 컴퓨터의 양자 정보 기술에 사용될 수 있습니다. 논문이 저널에 게재되었습니다. 자연 통신.
초전도 회로의 기본 구성 요소는 조셉슨 접합(Josephson Junction)입니다. 두 초전도체 사이에 일반 물질을 끼워 만든 장치로 초전류의 흐름을 제어할 수 있습니다.
정상물질이 초전도체와 접촉하면 정상물질의 전자가 정공으로 반사되어 초전도체에서 전자쌍이 생성된다. 이러한 반사는 조셉슨 접합의 일반 물질에 결합 상태, 즉 Andreev 결합 상태를 형성합니다.
두 개의 Josephson 접합이 충분히 가까우면 서로 연결되어 Andreev 분자를 형성할 수 있습니다. Matsuo와 그의 동료들은 하나의 짧은 초전도 전극을 공유하는 두 개의 Josephson 접합에 집중했습니다. 구조에서 서로 다른 접합부의 Andreev 결합 상태는 공유 전극을 통해 서로 연결될 것으로 예상됩니다.
"이러한 Andreev 분자가 존재하면 하나의 Josephson 접합이 다른 Josephson 접합을 제어할 수 있습니다"라고 Matsuo는 설명합니다. "그리고 조셉슨 다이오드 효과와 같은 이국적이고 유용한 초전도 전송 현상이 나타납니다. 이 효과는 초전도 회로에서 소산이 적은 정류기로 이어질 수 있습니다."
Matsuo와 그의 동료들은 인듐 비소의 얇은 층으로 두 개의 Josephson 접합을 만들었습니다. 그런 다음 그들은 매우 낮은 온도에서 초전도성을 나타내는 알루미늄으로 만들어진 공유 초전도 전극을 통해 이들을 서로 결합했습니다.
연구팀은 터널링 분광학이라고 불리는 기술인 다양한 인가 전압과 자기장 강도에서 접합부까지의 터널링 전류를 측정하여 이 구조의 전자 특성을 연구했습니다. 이를 통해 그들은 Andreev 분자에 해당하는 Josephson 접합의 에너지 수준을 관찰할 수 있었습니다.
"연구원들은 이전에 다양한 장치 구조에서 Andreev 분자의 분광학적 특성을 보고했습니다."라고 Matsuo는 말했습니다. “그러나 우리는 이제 결합된 조셉슨 접합에서 이를 관찰하고 처음으로 제어 가능성을 입증하는 데 성공했습니다.
“우리 연구는 Andreev 분자에 대한 기본적인 정보를 제공합니다. 그리고 이는 미래에 결합된 조셉슨 접합에서 이국적인 초전도 수송 현상을 엔지니어링할 수 있는 길을 열어줄 것입니다.”