(а) Андреевские атомы: при высоких барьерах образуются одиночные независимые андреевские связанные состояния - аналогично двум одиночным атомам водорода. 
(b) Андреевские молекулы: если барьеры между сегментами уменьшаются, образуются связанные андреевские связанные состояния - аналогично молекуле водорода. 
(c) Андреевский гелий: при очень низких барьерах отдельные АБС сливаются, так что парные состояния распространяются на всю нанопроволоку — аналогично атому гелия — проводя электрический ток без диссипации. 
Предоставлено: Базельский университет.

В сверхпроводнике электроны образуют своего рода пару, что приводит к новым свойствам материала, таким как ток без диссипации. Если полупроводниковый материал вступает в контакт со сверхпроводником, электроны полупроводника также могут входить в аналогичные парные состояния, известные как связанные состояния Андреева (ABS).

Такие состояния, которые формируются на отдельных длинных и тонких кристаллах — так называемые нанопроволоки, — в течение нескольких лет становятся предметом все большего числа исследований, поскольку они могут быть особенно хорошими носителями информации.

Аналогии с химией

Исследователям из группы профессора Кристиана Шёненбергера и доктора Андреаса Баумгартнера с факультета физики и Швейцарского института нанонаук Базельского университета и их коллег из Лундского университета удалось создать такие парные состояния на трех сегментах нанопровода, которые разделены барьерами, выращенными в кристалле. Ученые могут управлять высотой барьеров с помощью электрического напряжения.

«Мы можем идентифицировать соответствующие состояния по характеристикам электрического тока», — объясняет первый автор публикации, доктор Кристиан Юнгер. Если барьеры велики, то на двух участках вблизи сверхпроводника образуются отдельные, независимые андреевские связанные состояния.

По аналогии с одноэлектронными состояниями в природных атомах в химии их можно рассматривать как андреевские атомы. Когда барьеры между сегментами уменьшаются, АБС становятся связанными, образуя состояния, часто называемые андреевскими молекулами.

Когда исследователи почти полностью снижают барьеры, создаются парные состояния, которые распространяются по всему нанопроволоке и проводят электрический ток без рассеяния — явление, известное как эффект Джозефсона. «Это соответствует слиянию исходных андреевских связанных состояний в андреевский гелий — подобно слитым атомам водорода », — говорит доктор Андреас Баумгартнер.

В будущих экспериментах исследователи будут исследовать этот процесс слияния с парными состояниями аналогичного типа, так называемыми майорановскими связанными состояниями , и, таким образом, сделают важный шаг на пути к применению квантовых компьютеров.