Квантовая магистраль высотой всего в один атом может преобразовать сверхпроводники

Ученые в Японии обнаружили, что ступени высотой всего в один атом могут действовать как микроскопические рельсы для квантовых вихрей внутри ультратонкого сверхпроводника. При определенных условиях вихри перемещались вдоль таких ступеней более чем в 1000 раз легче, чем поперек них, а сам эффект можно было регулировать изменением температуры или магнитного поля.

Сверхпроводники способны проводить электричество без сопротивления ниже критической температуры, однако проникающие в них магнитные поля образуют квантовые вихри, движение которых может создавать сопротивление и ухудшать работу устройств. Управлять вихрями в очень тонких двумерных сверхпроводниках было особенно сложно. Команда Такаси Утихаси из MANA, входящего в японский NIMS, изучила ультратонкий сверхпроводник с регулярными атомарными ступенями, подтвердила их структуру с помощью сканирующей туннельной микроскопии и наблюдала вихри вдоль ступеней; результаты опубликованы в Physical Review B. При промежуточных магнитных полях была выявлена сильная направленная разница в подвижности вихрей, а в диапазоне примерно 0,10–0,20 Т наблюдался одномерный поток вихрей без пиннинга; при самых низких температурах движение определялось квантовым туннелированием.

Открытие показывает, что даже особенность поверхности высотой в один атом может сильно влиять на квантовое движение. Хотя практические применения потребуют дальнейшей разработки, такой атомарно-масштабный подход в перспективе может помочь управлять движением вихрей и тепловыми потоками в будущих сверхпроводящих технологиях, способствуя созданию более эффективных устройств с меньшим энергопотреблением.