Квантовый прорыв: управление сверхпроводимостью стало проще — благодаря новому методу

Что если сверхпроводимость можно было бы настраивать с ювелирной точностью, просто меняя угол между слоями материала? Недавнее исследование показало, что это реально!

Фото: https://www.flickr.com/photos/departmentofenergy/16334175965/ by U.S. Department of Energy from United States, https://creativecommons.org/public-domain/pdm/

сверхпроводник

Как работает новый метод?

Группа исследователей из Центра изучения новых материалов RIKEN (CEMS) нашла способ управлять сверхпроводимостью, скручивая ультратонкие слои диселенида ниобия. Этот метод открывает путь к созданию более энергоэффективных технологий и продвинутых квантовых устройств.

Они установили, что изменение угла между слоями позволяет точно регулировать так называемую "сверхпроводящую щель" — ключевой параметр, влияющий на эффективность сверхпроводников.

Чем больше эта щель, тем выше температура, при которой сохраняется сверхпроводимость. Это означает, что новый подход может приблизить нас к созданию практичных высокотемпературных сверхпроводников.

Выход за рамки традиционных подходов

До сих пор регулирование сверхпроводимости сосредоточивалось на манипуляциях в "реальном пространстве" — изменении физического расположения частиц.

Однако исследователи из RIKEN пошли дальше: они научились управлять сверхпроводимостью в "импульсном пространстве", что даёт новые возможности для проектирования материалов будущего.

В эксперименте использовали графеновую подложку и передовые методы, такие как сканирующая туннельная микроскопия и молекулярно-лучевая эпитаксия.

В результате удалось добиться точной настройки сверхпроводящей щели, открывая путь к созданию материалов с заранее заданными свойствами.

Удивительное открытие: цветочные узоры в сверхпроводящей щели

"Наши результаты показывают, что скручивание слоев даёт возможность избирательно подавлять сверхпроводящую щель в определённых областях импульсного пространства", — поясняет первый автор исследования, Масахиро Нарицуки.

Учёные также обнаружили неожиданную закономерность: в распределении сверхпроводящей щели появились сложные цветочные узоры, не совпадающие с кристаллическими осями материала.

Это указывает на уникальное влияние скручивания на формирование свойств сверхпроводников.

Что дальше?

"В краткосрочной перспективе это исследование поможет глубже понять межслойные взаимодействия в сверхпроводниках. В долгосрочной — может привести к созданию новых квантовых устройств и энергоэффективных технологий", — говорит ведущий автор работы, Тетсуо Ханагури.

Следующий шаг — изучить, как можно интегрировать магнитные слои в такую структуру. Это позволит не только контролировать сверхпроводимость, но и выбирать направление движения электронов по спину и импульсу.

Эти открытия могут стать основой для прорывных технологий будущего.

Уточнения

Сверхпроводник - материал, электрическое сопротивление которого при понижении температуры до некоторой величины T_c становится равным нулю (сверхпроводимость). При этом говорят, что материал приобретает "сверхпроводящие свойства" или переходит в "сверхпроводящее состояние".