Электроника для квантовых технологий

Большинство наших повседневных электронных устройств, таких как радиоприемники, логические компоненты или солнечные батареи , основаны на диодах, в которых ток может течь в основном в одном направлении. Такие диоды основаны на электронных свойствах полупроводниковых систем, которые перестают работать при сверхнизких температурах ниже Кельвина, необходимых для квантовых технологий завтрашнего дня. Сверхпроводники — это металлы, удельное электрическое сопротивление которых обычно равно нулю, но при контакте с другими металлами они могут проявлять высокое контактное сопротивление.

Это можно понять по энергетической щели, которая указывает на запрещенную область для электронных возбуждений, образующихся в сверхпроводниках. Она напоминает энергетическую щель в полупроводниках, но обычно намного меньше. Хотя наличие такого зазора было известно в течение десятилетий, диодоподобная особенность ранее не наблюдалась, поскольку требует нарушения обычно устойчивой симметрии вольт-амперных характеристик контакта.

Новая работа демонстрирует, как эта симметрия может быть нарушена с помощью ферромагнитного изолятора, соответствующим образом помещенного в соединение. Поскольку большая часть сегодняшних исследований в области квантовых технологий основана на сверхпроводящих материалах, работающих при сверхнизких температурах, эта инновация для них вполне доступна.

Сила сотрудничества

Выводы исследования были сделаны в рамках проекта SUPERTED, который финансируется в рамках программы ЕС «Будущие и новые технологии» (FET Open). Этот проект направлен на создание первого в мире сверхпроводящего термоэлектрического детектора электромагнитного излучения на основе гетероструктур сверхпроводник/магнит.

«На самом деле обнаружение функциональности диода стало приятным сюрпризом в результате тщательной характеристики образцов SUPERTED», — объясняет Элиа Страмбини из Istituto Nanoscienze—CNR и Scuola Normale Superiore (SNS) в Пизе, который сделал первоначальное открытие.

Франческо Джазотто из Istituto Nanoscienze — CNR и SNS, который руководил экспериментальными работами, говорит, что, по его мнению, «это открытие многообещающе для нескольких задач в квантовой технологии, таких как выпрямление или ограничение тока».

Профессор Теро Хейккиля из Университета Ювяскюля работал над теорией эффекта. Он говорит, что «это открытие показало силу сотрудничества между различными типами исследователей, от материаловедения до сверхпроводящей электроники и теории. Без европейской поддержки такое сотрудничество не состоялось бы».

Исследование было опубликовано в Nature Communications.