Японские исследователи выявили: атомарные ступени управляют движением квантовых вихрей в сверхпроводниках

Маленькие ступени, большое влияние

Как сообщает НВ — Техно: Группа японских ученых из Центра наноструктурных материалов (MANA) при Национальном институте материаловедения Японии (NIMS) сделала прорыв в области нанотехнологий. Они обнаружили, что атомарные ступени высотой всего в один атом - около 0,2−0,3 нанометра - способны направлять движение квантовых вихрей в сверхпроводящих материалах. Это открытие облегчает перемещение вихрей под воздействием магнитного поля, открывая новые горизонты для управления квантовыми потоками.

Значение для сверхпроводимости

Сверхпроводники, которые проводят электрический ток без сопротивления при охлаждении ниже критической температуры, сталкиваются с проблемой движения квантовых вихрей. Эти вихри формируются внутри материала при воздействии магнитного поля и могут вызывать электрическое сопротивление из-за хаотичного движения. Исследовательская команда под руководством Такаши Учихаши изучала сверхтонкий двумерный сверхпроводник с параллельными атомарными ступенями, применяя сканирующий туннельный микроскоп для детального отображения поверхности на уровне отдельных атомов.

Результаты показали, что движение квантовых вихрей вдоль атомарных ступеней происходит более чем в 1000 раз проще, чем в перпендикулярном направлении. Максимальный эффект наблюдался при магнитных полях в диапазоне от 0,10 до 0,20 Тесла. Такой одномерный поток вихрей без столкновений означает свободное движение без задержек на дефектах материала. При низких температурах движение вихрей осуществляется через квантовое туннелирование.

Управлять этим процессом можно просто, изменяя температуру или интенсивность магнитного поля.

Такаши Учіхаші

Это открытие открывает перспективы для точного контроля квантовых потоков и теплопереноса, что может привести к созданию сверхбыстрой электронной техники с минимальным потреблением энергии. Результаты исследования опубликованы в журнале Physical Review B.

Для русскоязычной аудитории важно отметить, что подобные достижения способствуют развитию более эффективных сверхпроводящих устройств, что актуально для создания энергосберегающих электронных компонентов и квантовых технологий. Контроль за движением квантовых вихрей может значительно повысить производительность и надежность таких систем, включая магнитную память и квантовые компьютеры.

Таким образом, исследование японских ученых подчеркивает важность контроля квантовых процессов, что может быть дополнительно проиллюстрировано недавними достижениями в области устойчивых циклов в хаотических системах. Эти открытия открывают новые горизонты для квантовых технологий, позволяя лучше понимать и управлять сложными квантовыми явлениями.