Международной команде, в которую входят исследователи из Вюрцбургского университета, удалось создать особое состояние сверхпроводимости. Это открытие может способствовать развитию квантовых компьютеров. Результаты опубликованы в Физика природы.
Сверхпроводники — это материалы, которые могут проводить электричество без электрического сопротивления, что делает их идеальным базовым материалом для электронных компонентов в аппаратах МРТ, поездах на магнитной подушке и даже ускорителях частиц. Однако обычные сверхпроводники легко повреждаются магнетизмом. Международной группе исследователей удалось создать гибридное устройство, состоящее из стабильного проксимитированного сверхпроводника, усиленного магнетизмом и функцией которого можно целенаправленно управлять.
Они объединили сверхпроводник со специальным полупроводник материал, известный как топологический изолятор. «Топологические изоляторы — это материалы, которые проводят электричество на своей поверхности, но не внутри. Это связано с их уникальной топологической структурой, то есть особым расположением электронов», — объясняет профессор Чарльз Гулд, физик из Института топологических изоляторов Вюрцбургского университета (JMU). «Самое интересное то, что мы можем снабдить топологические изоляторы магнитными атомами, чтобы ими можно было управлять с помощью магнита».
Сверхпроводники и топологические изоляторы были соединены, образуя так называемый джозефсоновский переход — соединение между двумя сверхпроводниками, разделенными тонким слоем несверхпроводящего материала. «Это позволило нам объединить свойства сверхпроводимости и полупроводников», — говорит Гулд.
«Таким образом, мы совмещаем преимущества сверхпроводника с управляемостью топологического изолятора. Используя внешнее магнитное поле, мы теперь можем точно управлять сверхпроводящими свойствами. Это настоящий прорыв в квантовой физике».
Сверхпроводимость встречается с магнетизмом
Особая комбинация создает экзотическое состояние, в котором сочетаются сверхпроводимость и магнетизм — обычно это противоположные явления, которые редко сосуществуют. Это известно как состояние Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова, индуцированное близостью (p-FFLO).
Новый «сверхпроводник с функцией управления» может иметь важное значение для практических приложений, таких как разработка квантовых компьютеров. В отличие от обычных компьютеров, квантовые компьютеры основаны не на битах, а на квантовых битах (кубитах), которые могут принимать не два, а несколько состояний одновременно.
«Проблема в том, что квантовые биты в настоящее время очень нестабильны, поскольку они чрезвычайно чувствительны к внешним воздействиям, таким как электрические или магнитные поля», — говорит Гулд. «Наше открытие может помочь стабилизировать квантовые биты, чтобы их можно было использовать в квантовых компьютерах в будущем».