Квантовая магистраль высотой всего в один атом может преобразовать сверхпроводники
Ученые из Японии показали, что атомарные ступени направляют квантовые вихри в ультратонком сверхпроводнике и позволяют управлять их движением с помощью температуры и магнитного поля
Короткое резюме
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.
Атомарные ступени действуют как рельсы для квантовых вихрей
Ступени высотой в один атом в ультратонком сверхпроводнике задают предпочтительные пути движения вихрей
Движение вихрей сильно анизотропно
При промежуточных магнитных полях вихри перемещаются вдоль ступеней более чем в 1000 раз легче, чем поперек
Эффектом можно управлять внешними параметрами
Температура и магнитное поле регулируют направляющее действие; в диапазоне примерно 0,10–0,20 Т наблюдался одномерный поток вихрей без пиннинга, а при низких температурах — квантовое туннелирование
Открытие может приблизить энергоэффективную сверхпроводящую электронику
Подход может помочь управлять движением вихрей и тепловыми потоками в будущих сверхпроводящих устройствах с меньшим энергопотреблением
Текст сгенерирован с использованием ИИ


