Penyelidik mencipta superkonduktor stabil yang dipertingkatkan oleh kemagnetan

Susun atur peranti dan skema modulasi spatial Re(Ψ(r)). a, Skema JJ bersentuhan sisi dengan perigi kuantum ditunjukkan dengan warna merah. b, Imej mikroskop Nomarski bagi satu JJ yang disiasat sedemikian. c, Skema Re(Ψ(r)) dengan peningkatan tenaga Zeeman, untuk medan sifar, simpang 0 dan simpang π. Nada biru gelap menunjukkan nilai yang lebih positif, dan merah gelap lebih negatif, dan putih menandakan lintasan sifar. Kredit: *Fizik Alam* (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02477-1

Superkonduktor terhampir yang stabil dipertingkatkan oleh kemagnetan — Susun atur peranti dan skema modulasi spatial Re(Ψ(r)). a, Skema JJ bersentuhan sisi dengan perigi kuantum ditunjukkan dengan warna merah. b, Imej mikroskop Nomarski bagi satu JJ yang disiasat sedemikian. c, Skema Re(Ψ(r)) dengan peningkatan tenaga Zeeman, untuk medan sifar, simpang 0 dan simpang π. Nada biru gelap menunjukkan nilai yang lebih positif, dan merah gelap lebih negatif, dan putih menandakan lintasan sifar. Kredit: *Fizik Alam* (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02477-1

Pasukan antarabangsa termasuk penyelidik dari Universiti Würzburg telah berjaya mencipta keadaan superkonduktiviti yang istimewa. Penemuan ini boleh memajukan pembangunan komputer kuantum. Hasilnya diterbitkan dalam Fizik Alam.

Superkonduktor ialah bahan yang boleh mengalirkan elektrik tanpa rintangan elektrik—menjadikannya sebagai bahan asas yang ideal untuk komponen elektronik dalam mesin MRI, kereta api levitasi magnetik dan juga pemecut zarah. Walau bagaimanapun, superkonduktor konvensional mudah terganggu oleh kemagnetan. Sekumpulan penyelidik antarabangsa kini telah berjaya membina peranti hibrid yang terdiri daripada superkonduktor proximitized stabil yang dipertingkatkan oleh kemagnetan dan fungsinya boleh dikawal secara khusus.

Mereka menggabungkan superkonduktor dengan yang istimewa semikonduktor bahan yang dikenali sebagai penebat topologi. “Penebat topologi adalah bahan yang mengalirkan elektrik pada permukaannya tetapi tidak di dalam. Ini disebabkan oleh struktur topologi mereka yang unik, iaitu, susunan khas elektron,” jelas Profesor Charles Gould, seorang ahli fizik di Institut Penebat Topologi di Universiti Würzburg (JMU). "Perkara yang menarik ialah kita boleh melengkapkan penebat topologi dengan atom magnet supaya ia boleh dikawal oleh magnet."

Superkonduktor dan penebat topologi digabungkan untuk membentuk apa yang dipanggil persimpangan Josephson, sambungan antara dua superkonduktor yang dipisahkan oleh lapisan nipis bahan bukan superkonduktor. "Ini membolehkan kami menggabungkan sifat superkonduktiviti dan semikonduktor, " kata Gould.

“Jadi kami menggabungkan kelebihan superkonduktor dengan kebolehkawalan penebat topologi. Menggunakan medan magnet luaran, kita kini boleh mengawal sifat superkonduktor dengan tepat. Ini adalah kejayaan sebenar dalam fizik kuantum."

Pemegang sampel untuk pengukuran pada millikelvin (-273 °C). Kredit: Mandal/JMU

Superkonduktiviti memenuhi kemagnetan

Gabungan khas mewujudkan keadaan eksotik di mana superkonduktiviti dan kemagnetan digabungkan-biasanya ini adalah fenomena bertentangan yang jarang wujud bersama. Ini dikenali sebagai keadaan Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO) yang disebabkan oleh kedekatan.

"Superkonduktor dengan fungsi kawalan" baharu boleh menjadi penting untuk aplikasi praktikal, seperti pembangunan komputer kuantum. Tidak seperti komputer konvensional, komputer kuantum tidak berasaskan bit tetapi pada bit kuantum (qubit), yang boleh menganggap bukan hanya dua tetapi beberapa keadaan serentak.

"Masalahnya ialah bit kuantum pada masa ini sangat tidak stabil kerana ia sangat sensitif terhadap pengaruh luar, seperti medan elektrik atau magnet," kata Gould. "Penemuan kami boleh membantu menstabilkan bit kuantum supaya ia boleh digunakan dalam komputer kuantum pada masa hadapan."