Японські вчені зробили важливе відкриття у сфері нанотехнологій. Вони виявили, що атомарні сходинки заввишки лише в один атом здатні спрямовувати квантові вихори у надпровідниках.
Фізики з Науково-дослідного центру наноархітектури матеріалів (MANA), що діє при Національному інституті матеріалознавства Японії (NIMS), спостерігалидивовижне явище. Під час експериментів вони з’ясували, що мікроскопічні перепади рельєфу заввишки в один атом (близько 0,2−0,3 нанометра) на поверхні надтонкого надпровідника можуть діяти як залізничні рейки, спрямовуючи рух квантових вихорів.
Читайте також:
Порушення симетрії часу. Вчені створили надпровідник із незвичними квантовими властивостями Надпровідники — це унікальні матеріали, здатні проводити електричний струм із нульовим опором за умови охолодження нижче критичної температури. Однак при проникненні магнітного поля всередині них виникають квантові вихори — мікроскопічні ділянки з циркулюючими струмами. Хаотичний рух цих вихорів створює небажаний електричний опір, що знижує ефективність пристроїв. Контроль за їхнім переміщенням тривалий час залишався складним завданням для фізиків.
Група вчених під керівництвом Такаші Учіхаші дослідила надтонкий двовимірний надпровідник із паралельними атомними сходинками. За допомогою сканувального тунельного мікроскопа, що дозволяє візуалізувати поверхню з точністю до окремих атомів, фізики підтвердили структуру рельєфу та зафіксували розташування квантових вихорів уздовж цих меж.
Застосувавши чотириконтактний метод вимірювання опору, команда встановила: під дією помірних магнітних полів квантові вихори переміщуються вздовж атомних сходинок більш ніж у 1000 разів легше, ніж у поперечному напрямку. Особливо виражений ефект спостерігався в діапазоні магнітних полів від 0,10 до 0,20 Тесла. За таких умов вихори рухалися цілком вільно, не застрягаючи на дефектах матеріалу — це явище отримало назву одновимірного потоку вихорів без зачеплення. За найнижчих температур рух відбувався завдяки квантовому тунелюванню, що дозволяло долати класичні енергетичні бар'єри.
Результати дослідження, опубліковані в науковому журналі Physical Review B, доводять, що навіть найменший елемент поверхні може кардинально змінювати квантову динаміку. За словами Учіхаші, цим процесом можна легко керувати, змінюючи температуру або напруженість магнітного поля. У перспективі це дозволить інженерам точно контролювати як квантові потоки, так і теплопередачу, що відкриє шлях до створення надшвидкої електроніки з мінімальним енергоспоживанням.
Читайте також:
Тисяча логічних кубітів. Фінські фізики створили квантовий двигун розміром менше піщинки
