Многоканальные контакты Рашба-Джозефсона: эксперимент и теория.
Авторы и права: Нанотехнологии природы (2023 г.). DOI: 10.1038/s41565-023-01451-х

Соответствующие экспериментальные данные находятся в количественном согласии с теорией доктора Андреаса Косты, также физика из Регенсбургского университета.

Большинство транзисторов, включая строительные блоки процессоров компьютеров, выделяют тепло. Это связано с тем, что большинство проводников являются резистивными, что приводит к джоулеву нагреву. Действительно, существуют специальные транзисторы, не выделяющие тепла, так называемые «полевые транзисторы с джозефсоновским переходом». Они основаны на джозефсоновском переходе, слабом соединении между двумя сверхпроводниками, по которому по-прежнему протекает ток с нулевым сопротивлением (или сверхток).

После открытия лауреатом Нобелевской премии Брайаном Джозефсоном контакты Джозефсона быстро нашли применение в различных областях, таких как медицина, метрология и астрофизика. Совсем недавно они стали ключевыми компонентами квантовых компьютеров, поскольку лежат в основе трансмонов, наиболее популярных реализаций кубитов в сверхпроводящих квантовых процессорах.

В свете вышеизложенного можно понять внимание, вызванное открытием первого сверхпроводящего диода на основе джозефсоновского перехода, сделанным в 2021 году группой под руководством Николы Парадизо и Кристофа Странка из Регенсбургского университета в синтетическом кристалле, выращенном Майклом Дж. Манфра и его команда в Университете Пердью.

Волнение возникает из-за того, что сверхпроводящие диоды могут служить основными строительными блоками для новых типов сверхпроводящих схем, для будущей замены резистивных схем сверхпроводящими.

Отличительным свойством обычного полупроводникового диода является его асимметрия: его сопротивление может быть очень высоким или очень низким в зависимости от того, какой из двух его выводов подключен к катоду, а какой к аноду вашей батареи. Эта асимметрия приводит к самому важному свойству диода: выпрямлению тока.

Вместо этого сверхпроводящий диод не имеет сопротивления, поэтому принцип его работы должен быть другим. Парадизо и его коллеги обнаружили, что сверхпроводящий диод показывает разную индуктивность для двух возможных полярностей постоянного тока. Также для той полярности, для которой индуктивность ниже, наблюдаемый критический ток (то есть порог тока, при котором устройство переходит в резистивное состояние) выше. Мы можем назвать это предпочтительным текущим направлением.

Но что решает о предпочтительном направлении? Ответом считалась фиксированная характеристика материалов.

Совсем недавно исследователи из UR сделали захватывающее открытие: при большем магнитном поле предпочтительное направление может измениться. Интересно, что теоретики предсказывали этот эффект около 10 лет назад, но до сих пор его ни разу не наблюдали. В статье, только что опубликованной в журнале Nature Nanotechnology, группа Странка экспериментально демонстрирует резкое изменение знака эффекта сверхточного диода с экспериментальными данными, которые количественно соответствуют теории доктора Андреаса Коста, также из Регенсбурга.

Это открытие, безусловно, окажет большое влияние на научное сообщество, поскольку эффект сверхпроводящего диода стал горячей темой в квантовой электронике из-за его захватывающих перспектив для технологических приложений и фундаментальных исследований.