Японські вчені відкрили: атомарні сходинки керують рухом квантових вихорів у надпровідниках

Маленька сходинка - великий ефект

Як повідомляє НВ — Техно: Японські вчені з Науково-дослідного центру наноархітектури матеріалів (MANA) при Національному інституті матеріалознавства Японії (NIMS) зробили важливе відкриття у сфері нанотехнологій. Вони виявили, що атомарні сходинки заввишки в один атом, які мають розмір близько 0,2−0,3 нанометра, здатні спрямовувати рух квантових вихорів у надпровідниках. Це відкриття значно полегшує переміщення вихорів під дією магнітного поля, що відкриває нові можливості для контролю квантових потоків.

Вплив на надпровідники

Надпровідники, які проводять електричний струм з нульовим опором при охолодженні нижче критичної температури, зазвичай стикаються з проблемами, пов'язаними з рухом квантових вихорів. Ці вихори виникають всередині надпровідників при проникненні магнітного поля і можуть створювати електричний опір через хаотичний рух. Група під керівництвом Такаші Учіхаші вивчала надтонкий двовимірний надпровідник із паралельними атомними сходинками, використовуючи сканувальний тунельний мікроскоп для візуалізації поверхні з точністю до окремих атомів.

Дослідження показали, що рух квантових вихорів вздовж атомних сходинок відбувається більш ніж у 1000 разів легше, ніж поперечно. Ефект найбільш виражений у діапазоні магнітних полів від 0,10 до 0,20 Тесла. Явище одновимірного потоку вихорів без зачеплення означає, що вихори можуть вільно рухатися без затримок на дефектах матеріалу. При найнижчих температурах рух вихорів відбувається за рахунок квантового тунелювання.

Цим процесом можна легко керувати, змінюючи температуру або напруженість магнітного поля.

Такаші Учіхаші

Це відкриття має великі перспективи, включаючи можливість точного контролю квантових потоків і теплопередачі, що може призвести до створення надшвидкої електроніки з мінімальним енергоспоживанням. Результати дослідження були опубліковані в журналі Physical Review B.

Відкриття японських вчених може мати значний вплив на розвиток нових технологій у галузі електроніки, оскільки контролювання руху квантових вихорів може призвести до створення більш ефективних і потужних надпровідників. Це, в свою чергу, може мати наслідки для розробки нових електронних пристроїв, що працюють з низьким енергоспоживанням, і покращити ефективність існуючих технологій, таких як магнітні пам’яті та квантові комп’ютери.

Цікавим є також відкриття, що стосується регулярних траєкторій у квантових системах, яке демонструє, як хаотичні процеси можуть мати певні закономірності. Це підкреслює важливість розуміння квантових явищ для розвитку нових технологій, що, у свою чергу, може суттєво вплинути на майбутнє надпровідності та квантових обчислень.