Elektronik menyatakan yang menyerupai molekul dan menjanjikan untuk digunakan dalam komputer kuantum masa hadapan telah dicipta dalam litar superkonduktor oleh ahli fizik di RIKEN.
Kelebihan paling jelas bagi bahan superkonduktor yang tidak menawarkan rintangan elektrik kepada aliran elektron dalam litar elektronik ialah ia tidak menghasilkan sebarang pemanasan yang membazir, yang mengehadkan kecekapan tenaga litar konvensional.
Tetapi mereka juga mempunyai satu lagi kelebihan besar. Superkonduktiviti timbul disebabkan oleh interaksi kuantum-mekanikal antara elektron. Kesan eksotik ini boleh dimanfaatkan dalam peranti, memberikannya pelbagai fungsi yang tidak tersedia dalam peranti konvensional.
Kini, Sadashige Matsuo dari RIKEN Centre for Emergent Matter Science dan rakan sekerja telah menyiasat kesan sedemikian. Dikenali sebagai molekul Andreev, ia boleh digunakan untuk teknologi maklumat kuantum dalam komputer kuantum masa hadapan. Kertas itu diterbitkan dalam jurnal Alam Komunikasi.
Blok binaan asas litar superkonduktor ialah persimpangan Josephson: peranti yang dibuat dengan mengapit bahan biasa antara dua superkonduktor, yang boleh mengawal aliran arus super.
Di mana bahan biasa bersambung dengan superkonduktor, elektron dalam bahan biasa dipantulkan sebagai lubang, dan sepasang elektron dijana dalam superkonduktor. Pantulan ini membentuk keadaan terikat dalam bahan biasa simpang Josephson, yang dipanggil keadaan terikat Andreev.
Jika dua persimpangan Josephson cukup dekat, mereka boleh membentuk molekul Andreev dengan menghubungkan antara satu sama lain. Matsuo dan rakan sekerjanya memberi tumpuan kepada dua persimpangan Josephson yang berkongsi satu elektrod superkonduktor pendek. Dalam struktur, keadaan terikat Andreev di persimpangan yang berbeza dijangka menghubungkan antara satu sama lain melalui elektrod yang dikongsi.
"Apabila molekul Andreev ini wujud, satu persimpangan Josephson boleh mengawal persimpangan Josephson yang lain," jelas Matsuo. "Dan kemudian fenomena pengangkutan superkonduktor eksotik dan berguna muncul, seperti kesan diod Josephson - kesan yang boleh membawa kepada penerus lesapan yang kurang dalam litar superkonduktor."
Matsuo dan rakan sekerjanya membuat dua simpang Josephson dengan lapisan nipis indium arsenide. Mereka kemudiannya menggabungkannya bersama melalui elektrod superkonduktor kongsi yang diperbuat daripada aluminium, yang superkonduktor pada suhu yang sangat rendah.
Pasukan itu mengkaji sifat elektronik struktur ini dengan mengukur arus terowong ke persimpangan pada pelbagai voltan terpakai dan kekuatan medan magnet, teknik yang dipanggil spektroskopi terowong. Ini membolehkan mereka memerhati tahap tenaga dalam persimpangan Josephson yang sepadan dengan molekul Andreev.
"Penyelidik sebelum ini melaporkan pencirian spektroskopi molekul Andreev dalam struktur peranti yang berbeza," kata Matsuo. “Tetapi kami kini telah berjaya memerhatikannya di persimpangan Josephson yang digabungkan dan menunjukkan kebolehkawalannya buat kali pertama.
"Kerja kami menyediakan maklumat asas tentang molekul Andreev. Dan ia akan membuka jalan untuk kejuruteraan fenomena pengangkutan superkonduktor eksotik di persimpangan Josephson yang digabungkan pada masa hadapan.