Физики создали экзотический сверхпроводник, управляемый магнетизмом
Сверхпроводимость продолжает производить революцию в технологии во многих отношениях. Хотя некоторые технологические достижения основаны на поиске способов создания токов нулевого сопротивления при более высоких температурах, инженеры также рассматривают более эффективные способы точного управления сверхэффективным потоком электронов.
К сожалению, многие процессы, которые могли бы работать, вполне подходит для заурядной электроники, такой как применение внешних магнитных полей, рискующих повлиять на свойства, которые делают сверхпроводники такими эффективными.
Международной группе ученых удалось удержать экзотический состояние сверхпроводимости, которое контролируется сильным магнетизмом, а не разрушается им.
Здесь исследователи смогли преодолеть это с помощью топологического изолятора: полупроводникового материала, который проводит электричество на своей поверхности, но не внутри, из-за тому, как внутри него расположены электроны.
«Самое интересное то, что мы можем снабдить топологические изоляторы магнитными атомами, чтобы ими можно было управлять с помощью магнита», — говорит физик Чарльз Гулд из Университета Вюрцбург в Германии.
Команда создала двумерный топологический изолятор из ртути, марганца и теллура. Это позволило им перевести электроны в экзотическое состояние, называемое состоянием Фульде-Феррелла-Ларкина-Овчинникова (FFLO), индуцированным близостью, где квантово-ассистированные пары электронов, которые позволяют токам течь без сопротивления, изменяются таким образом, что их открывают. вплоть до манипуляций.
В такой форме устройство может работать как джозефсоновский переход, компонент сверхпроводниковых цепей, где сверхпроводящие части разделены тонким слоем несверхпроводящего материала.
Хотя состояние FFLO наблюдалось в сверхпроводящих материалах как объемное свойство, его ограничение джозефсоновским переходом таким образом, чтобы им можно было управлять, позволяет физикам изучать это явление более подробно и разрабатывать технологии, которые могли бы лучше управлять сверхпроводимостью. системы.
«Мы сочетаем преимущества сверхпроводника с управляемостью топологического изолятора», — говорит Гулд.
«Используя внешнее магнитное поле, мы теперь можем точно управлять сверхпроводящими характеристики. Это настоящий прорыв в квантовой физике».
Как всегда, более глубокое понимание физических явлений – таких как взаимодействие сверхпроводимости и магнетизма – потенциально может привести к более инновационным их применениям.
Сверхпроводимость уже используется по-разному: от компонентов внутри аппаратов МРТ (магнитно-резонансной томографии) до поездов на магнитной подвеске, парящих над рельсами (еще один пример динамической взаимосвязи между сверхпроводниками и магнитами).
В будущем результаты, представленные здесь, могут привести к разработке сверхпроводников, точно настроенных для конкретных задач и целей. Одним из примеров, приведенных исследователями, являются квантовые вычисления, где решающее значение имеют контроль над электронами и устойчивость к вмешательству извне. функциональность.
«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».
Исследование опубликовано в журнале Nature Physics.
