Экспериментальное подтверждение существования нового типа сверхпроводника на основе электронной нематичности

Команда учёных под руководством Йельского университета нашла убедительные доказательства существования нового типа сверхпроводящего материала, фундаментального научного прорыва, который может открыть дверь к созданию сверхпроводимости — потока электрического тока без потери энергии — по-новому. Это открытие также оказывает ощутимую поддержку давней теории сверхпроводимости, согласно которой она может быть основана на электронной нематичности, фазе материи, в которой частицы нарушают свою вращательную симметрию. В эксперименте учёные охлаждали материалы на основе железа до температуры менее 500 милликельвинов в течение нескольких дней. Для отслеживания материала они использовали сканирующий туннельный микроскоп (СТМ), который снимает изображения квантовых состояний электронов на атомном уровне. Изображения СТМ позволили найти разрыв, который точно соответствует сверхпроводимости, вызванной электронной нематичностью.

Новый сверхпроводящий кубит может работать без окружения магнитным полем

Команда компьютерных инженеров из Национального института информационных и коммуникационных технологий, корпорации NTT и Университета Нагои разработала, как они утверждают, первый в мире сверхпроводящий кубит, который может работать без необходимости окружающего магнитного поля. В своей статье, опубликованной в журнале Communications Materials, группа описывает, как они использовали ферромагнитный джозефсоновский переход для создания потокового кубита и насколько хорошо он работал. Учёные обнаружили, что использование π-перехода устраняет необходимость в катушках и производимом ими шуме. Он также допускает сдвиг фазы на 180°, что, как отмечают исследователи, позволяет кубиту функционировать независимо там, где он работает с максимальной эффективностью. Чтобы создать π-переход, исследователи объединили ферромагнитное устройство Джозефсона с ранее разработанной технологией нитридных сверхпроводящих кубитов NICT. Проведенные к настоящему моменту испытания показали, что новый тип кубита способен демонстрировать свойства когерентности, хотя они все же немного короче, чем конструкции без π-переходов.

Прямое измерение фазового соотношения тока sin(2φ) в графеновом сверхпроводящем квантовом интерференционном устройстве

Исследователи из Университета Гренобль-Альпы недавно продемонстрировали прямое измерение тонкого эффекта, а именно фазового соотношения тока sin (2φ), в сверхпроводящем квантовом интерференционном устройстве на основе графена, основанном на перестраиваемых затворах графеновых джозефсоновских переходах. Используемый метод измерений, изложенный в статье, опубликованной в Physical Review Letters, может способствовать разработке более стабильных сверхпроводящих кубитов, менее склонных к декогеренции. Экспериментальная установка основывалась на усовершенствованном методе одновременного контроля и считывания текущего фазового соотношения пары джозефсоновских переходов. Показано, что, объединив два графеновых джозефсоновских перехода в сверхпроводящем квантовом интерференционном устройстве, можно получить фазовое соотношение тока sin(2φ) благодаря контролю интерференционных эффектов между куперовскими парами с помощью магнитного поля.

Исследование сверхпроводимости подтверждает существование краевых сверхтоков

Если топологический материал является сверхпроводником, то и основная часть, и край являются сверхпроводящими, но ведут себя по-разному. Это удивительная ситуация, очень похожая на две соприкасающиеся лужи воды, которые не сливаются. Исследование в Nature Physics показывает, что сверхпроводящие краевые токи в топологическом материале теллуриде молибдена (MoTe₂) могут выдерживать большие изменения в «клее», который удерживает сверхпроводящие электроны парами. Это важно, поскольку именно спаривание электронов заставляет электричество свободно течь в сверхпроводнике. Когда MoTe₂ становится сверхпроводящим, сверхток (максимальный ток, который можно ввести, не разрушая сверхпроводимость) колеблется в магнитном поле. Краевой сверхток колеблется быстрее, чем в объеме, проявляясь как характерная модуляция объемного отклика.

Универсальное масштабирование Киббла–Зурека в атомной сверхтекучей жидкости Ферми

Механизм Киббла–Зурека (KZ) — это теоретическая структура, введенная физиками Томом Киббл и Войцехом Зуреком. Эта структура по сути описывает образование топологических дефектов, когда системы подвергаются неравновесным фазовым переходам. Исследователи из Сеульского национального университета и Института фундаментальных наук в Корее недавно наблюдали масштабирование KZ в однородном и сильно взаимодействующем ферми-газе при его переходе в сверхтекучее состояние. Их статья, опубликованная в журнале Nature Physics, может проложить путь для дальнейших экспериментальных исследований этой давней физической концепции. Центральное предсказание масштабирования KZ заключается в том, что количество квантовых вихрей должно масштабироваться по степенному закону относительно того, как быстро вы проходите через сверхтекучий фазовый переход. Настоящая изюминка исследования в том, что учёные наблюдали предсказанное поведение масштабирования KZ, используя как температуру, так и силу взаимодействия в качестве двух отдельных ручек управления.

Управляемые Андреевские связанные состояния в двухслойных графеновых джозефсоновских переходах от коротких до длинных пределов перехода

Исследователи успешно контролировали квантово-механические свойства связанных состояний Андреева в двухслойных графеновых переходах Джозефсона с использованием напряжения затвора. Статья опубликована в Physical Review Letters. В этой работе исследовательская группа использовала напряжение на затворе для управления квадратичной дисперсией энергии двухслойного графена, а также длиной сверхпроводящей когерентности в реальном времени. Используя туннельную спектроскопию, разработанную в их предыдущей работе, они наблюдали изменение связанных состояний Андреева при различных напряжениях на затворе в реальном времени и подтвердили, что экспериментальные результаты соответствуют теоретическим предсказаниям.

Джозефсоновский вихрь в переходе сверхпроводник — нормальный металл — сверхпроводник можно использовать как носитель информации

Ученые МФТИ, МГУ, МИСИС и ВНИИА имени Духова совместно с коллегами из Франции реализовали новый вид ячейки памяти. Проведенные эксперименты и теоретическая модель подтвердили, что джозефсоновский вихрь в переходе «сверхпроводник — нормальный металл — сверхпроводник» можно использовать как носитель информации. Принцип работы, заложенный в устройстве, позволит превзойти имеющиеся разработки по скорости и энергоэффективности. Результаты опубликованы в журнале Communications Physics. Для реализации ячейки памяти российские ученые с коллегами из Франции создали структуру, состоящую из двух сверхпроводящих электродов, разделенных слоем нормального металла. При приложении магнитного поля в этой структуре возникают вихри Джозефсона. В такой системе информация кодируется присутствием или отсутствием вихрей Джозефсона. «Сердцем» служит сверхпроводящий переход, соединенный с микроволновым резонатором. Считывание информации происходит путем измерения реакции резонатора на микроволновый сигнал. Этот метод не только не влияет на деликатное состояние вихрей Джозефсона, но и обеспечивает рекордную энергоэффективность.

Международная конференция — 39-е Совещание по физике низких температур

С 3 по 7 июня 2024 года состоится 39-е Совещание по физике низких температур (Международная конференция). Рабочие языки конференции – русский, английский. Тезисы (на русском или английском языке) будут изданы к началу работы конференции (с присвоением DOI). Конференция проводится в Большой Гостиной Научного центра РАН в Черноголовке, проживание планируется в гостинице Научного центра РАН в Черноголовке.

Открытие скрытой квантовой критической точки в двумерных сверхпроводниках

Аномальное металлическое состояние в магнитном поле при абсолютном нуле в двумерных сверхпроводниках возникает из-за существования квантовой критической точки. Другими словами, аномальное металлическое состояние представляет собой расширенное квантовое критическое основное состояние для перехода сверхпроводник-изолятор. Установлено, что квантовое движение линий магнитного потока происходит в аномальном металлическом состоянии с использованием термоэлектрического эффекта, в котором напряжение генерируется в зависимости от теплового потока (градиента температуры), а не тока. В исследовании были изготовлены и использованы тонкие пленки молибден-германий с аморфной структурой (двумерный сверхпроводник с однородной структурой и беспорядком). Его толщина составляет 10 нанометров.