อิเล็กทรอนิกส์ ระบุว่ามีลักษณะคล้ายโมเลกุลและมีแนวโน้มว่าจะใช้ในคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคตได้ถูกสร้างขึ้นในวงจรตัวนำยิ่งยวดโดยนักฟิสิกส์ที่ RIKEN
ข้อได้เปรียบที่ชัดเจนที่สุดของวัสดุตัวนำยิ่งยวดซึ่งไม่มีความต้านทานไฟฟ้าต่อการไหลของอิเล็กตรอนในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ก็คือ พวกมันไม่สร้างความร้อนที่สิ้นเปลือง ซึ่งจะจำกัดประสิทธิภาพการใช้พลังงานของวงจรทั่วไป
แต่พวกเขายังมีข้อได้เปรียบที่ยิ่งใหญ่อีกประการหนึ่ง ตัวนำยิ่งยวดเกิดขึ้นเนื่องจากปฏิสัมพันธ์ทางกลควอนตัมระหว่างอิเล็กตรอน เอฟเฟกต์แปลกใหม่เหล่านี้สามารถควบคุมได้ในอุปกรณ์ ทำให้มีฟังก์ชันการทำงานที่หลากหลายที่ไม่มีในอุปกรณ์ทั่วไป
ตอนนี้ ซาดาชิเกะ มัตสึโอะ จากศูนย์วิทยาศาสตร์ฉุกเฉิน RIKEN และเพื่อนร่วมงานได้ตรวจสอบผลกระทบดังกล่าวแล้ว รู้จักกันในชื่อโมเลกุล Andreev สามารถนำไปใช้กับเทคโนโลยีข้อมูลควอนตัมในคอมพิวเตอร์ควอนตัมในอนาคต บทความนี้ตีพิมพ์ในวารสาร การสื่อสารธรรมชาติ.
โครงสร้างพื้นฐานของวงจรตัวนำยิ่งยวดคือจุดเชื่อมต่อโจเซฟสัน ซึ่งเป็นอุปกรณ์ที่ทำโดยการประกบวัสดุปกติระหว่างตัวนำยิ่งยวดสองตัว ซึ่งสามารถควบคุมการไหลของกระแสยิ่งยวดได้
ในกรณีที่วัสดุปกติเชื่อมต่อกับตัวนำยิ่งยวด อิเล็กตรอนในวัสดุปกติจะสะท้อนเป็นรู และอิเล็กตรอนคู่หนึ่งจะถูกสร้างขึ้นในตัวนำยิ่งยวด ภาพสะท้อนนี้ก่อให้เกิดสภาวะผูกพันในวัสดุปกติของทางแยกโจเซฟสัน ที่เรียกว่าสภาวะผูกพันของ Andreev
หากทางแยกโจเซฟสันสองแห่งอยู่ใกล้เพียงพอ ก็สามารถสร้างโมเลกุล Andreev ได้โดยเชื่อมโยงถึงกัน มัตสึโอะและเพื่อนร่วมงานมุ่งความสนใจไปที่จุดเชื่อมต่อโจเซฟสันสองแห่งที่ใช้อิเล็กโทรดตัวนำยิ่งยวดสั้นเพียงอันเดียว ในโครงสร้าง สถานะที่ผูกกับ Andreev ในช่องต่อต่างๆ คาดว่าจะเชื่อมโยงถึงกันผ่านอิเล็กโทรดที่ใช้ร่วมกัน
“เมื่อโมเลกุล Andreev เหล่านี้มีอยู่ จุดเชื่อมต่อ Josephson หนึ่งจุดสามารถควบคุมจุดเชื่อมต่อ Josephson อีกจุดหนึ่งได้” มัตสึโอะอธิบาย “จากนั้นปรากฏการณ์การขนส่งตัวนำยิ่งยวดที่แปลกใหม่และมีประโยชน์ก็เกิดขึ้น เช่น เอฟเฟกต์ไดโอดของโจเซฟสัน ซึ่งเป็นผลกระทบที่อาจนำไปสู่วงจรเรียงกระแสที่กระจายตัวน้อยลงในวงจรตัวนำยิ่งยวด”
มัตสึโอะและเพื่อนร่วมงานของเขาได้สร้างจุดเชื่อมต่อโจเซฟสันสองแห่งด้วยอินเดียมอาร์เซไนด์บางๆ จากนั้นพวกเขาก็เชื่อมต่อเข้าด้วยกันผ่านอิเล็กโทรดตัวนำยิ่งยวดที่ใช้ร่วมกันซึ่งทำจากอะลูมิเนียม ซึ่งเป็นตัวนำยิ่งยวดที่อุณหภูมิต่ำมาก
ทีมงานศึกษาคุณสมบัติทางอิเล็กทรอนิกส์ของโครงสร้างนี้โดยการวัดกระแสในอุโมงค์ไปยังจุดเชื่อมต่อที่แรงดันไฟฟ้าที่ใช้และความแรงของสนามแม่เหล็กต่างๆ เทคนิคที่เรียกว่าสเปกโทรสโกปีของอุโมงค์ สิ่งนี้ทำให้พวกเขาสามารถสังเกตระดับพลังงานในจุดเชื่อมต่อโจเซฟสันที่สอดคล้องกับโมเลกุลของ Andreev
“ก่อนหน้านี้นักวิจัยเคยรายงานลักษณะทางสเปกโทรสโกปีของโมเลกุล Andreev ในโครงสร้างอุปกรณ์ต่างๆ” มัตสึโอะกล่าว “แต่ตอนนี้เราประสบความสำเร็จในการสังเกตพวกมันตามทางแยกโจเซฟสันและแสดงให้เห็นถึงความสามารถในการควบคุมของมันเป็นครั้งแรก
“งานของเราให้ข้อมูลพื้นฐานเกี่ยวกับโมเลกุล Andreev และจะปูทางไปสู่ปรากฏการณ์การขนส่งตัวนำยิ่งยวดที่แปลกใหม่ทางวิศวกรรมที่จุดเชื่อมต่อโจเซฟสันควบคู่กันในอนาคต”