Раскрывая секреты квантовой физики: как молекулы Андреева могут переопределить сверхпроводимость

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

В мире, где наука стремительно движется вперед, порой кажется, что границы возможного уже позади. Однако исследования, проведенные физиками из института RIKEN, открывают новую главу в понимании сверхпроводимости и её применении в квантовых технологиях.

Моделирование, показывающее сигнатурные энергетические уровни молекул Андреева, предсказанные для туннельной спектроскопии на связанных джозефсоновских переходах
Автор: Matsuo, S., Imoto, T., Yokoyama, T. et al. Phase-dependent Andreev molecules and superconducting gap closing in coherently-coupled Josephson junctions. Nat Commun14, 8271 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-44111-3 Источник: www.nature.com

Сверхпроводники — это не просто материалы, способные проводить электрический ток без сопротивления и, следовательно, без потерь на тепло. Это ключ к квантовому миру, где правила игры определяются не классической физикой, а квантовой механикой. Именно благодаря квантовым взаимодействиям между электронами и возникает сверхпроводимость, открывая двери к новым, порой фантастическим возможностям.

Команда Садашиге Мацуо из Center for Emergent Matter Science RIKEN сделала шаг вперед, исследуя так называемые молекулы Андреева. Эти уникальные электронные состояния, которые можно сравнить с молекулами, обещают стать основой для хранения и передачи квантовой информации в будущих квантовых компьютерах.

(a) Схематическое изображение АМС в связанном JJ. (b) Изображение с помощью сканирующего электронного микроскопа связанного планарного устройства JJ. Синяя и желтая области обозначают SC-электроды и затворные электроды соответственно. Два JJ, называемые JJL и JJR, соединены через общий электрод SC, и каждый из них встроен в контур SC. (c) Схематическое изображение устройства. Измеряются туннельные токи через QPCL и QPCR, и на основе результата вычисляется дифференциальная проводимость для каждого из них для реализации туннельной спектроскопии JJL и JJR.
Автор: Matsuo, S., Imoto, T., Yokoyama, T. et al. Phase-dependent Andreev molecules and superconducting gap closing in coherently-coupled Josephson junctions. Nat Commun14, 8271 (2023). https://doi.org/10.1038/s41467-023-44111-3 Источник: www.nature.com

Основой для их работы послужил джозефсоновский переход — устройство, в котором обычный материал вставлен между двумя сверхпроводниками. Это не просто элемент сверхпроводящих цепей, это мостик между макро- и микромиром, где происходит контроль над потоком сверхтока.

Интересно, что когда два таких перехода расположены достаточно близко друг к другу, они могут образовать молекулу Андреева. В эксперименте Мацуо и его коллег использовались два джозефсоновских перехода с арсенидом индия, соединенные общим сверхпроводящим электродом из алюминия. При очень низких температурах алюминий становится сверхпроводящим, что и позволило команде наблюдать за электронными свойствами этой уникальной структуры.

Используя метод туннельной спектроскопии, ученые смогли изучить энергетические уровни в джозефсоновских переходах, соответствующие молекулам Андреева. Это открытие не только демонстрирует управляемость этих молекул, но и открывает путь к созданию новых сверхпроводящих транспортных явлений в будущем.

Мы стоим на пороге новой эры, где квантовые технологии могут радикально изменить наш мир. Работа ученых из RIKEN — это лишь начало пути к пониманию и использованию экзотических свойств сверхпроводимости. И кто знает, возможно, именно эти открытия приведут нас к созданию квантовых компьютеров, о которых мы пока только мечтаем.

3 комментария

Добавить комментарий

p
А кто это — Андреев? Непризнанный гений квантовой физики? )

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Почему свёкла иногда вырастает огромной, но невкусной

Крупная свёкла сначала кажется поводом для гордости. Корнеплод едва помещается в ладони, тяжёлый, ровный, без трещин — настоящий выставочный экземпляр. Но стоит его разрезать и сварить,...

Австралия — остров, который считают материком? И при чём здесь Гренландия

Если спросить случайного человека, какой самый большой остров на Земле, большинство уверенно ответят — Гренландия. И будут правы. Но если спросить следующее: а Австралия — это...

Чемодан на колесиках: путь изобретения, которое десятилетиями никому не было нужно

Сегодня в любом аэропорту мира можно увидеть пассажиров, которые везут за собой багаж, не прилагая почти никаких усилий. Чемодан на колесиках стал настолько обыденной вещью, что мало кто...

Почему усилитель мощности QUAD 405 1975 года копируют и слушают и сегодня

Усилитель мощности QUAD 405, появившийся в 1975 году в Великобритании, действительно стал феноменом: его и сейчас активно копируют, а аудиофилы продолжают им восхищаться. Платы для DIY аудио...

Физики обошли третий закон Ньютона: как заставить микрочастицы двигаться без моторов и топлива

В физике взвесей и дисперсных систем существует фундаментальная закономерность: взвешенные в жидкости микрочастицы под действием межмолекулярных или наведенных внешними полями сил взаимного...

«Летающие лосиные клещи» или кровососки, так ли опасны их укусы для человека

На пороге ранняя осень — любимое время для охотников, грибников и туристов, которые посещает лес. Но часто им досаждают назойливые и неприятные насекомые, прозванные в народе «летающими...