Нові надпровідники можна будувати атом за атомом

Майбутнє електроніки базуватиметься на нових видах матеріалів. Однак іноді природна топологія атомів ускладнює створення нових фізичних ефектів. Щоб вирішити цю проблему, дослідники з Цюріхського університету вже успішно конструюють надпровідники по одному атому за раз, створюючи нові стани матерії.

Як виглядатиме комп’ютер майбутнього? Як він працюватиме? Пошук відповідей на ці питання є основним рушієм фундаментальних фізичних досліджень. Існує кілька можливих сценаріїв, починаючи від подальшого розвитку класичної електроніки і закінчуючи нейроморфними обчисленнями та квантовими комп’ютерами. Спільним елементом усіх цих підходів є те, що вони базуються на нових фізичних ефектах, деякі з яких досі були передбачені лише теоретично. Дослідники докладають чимало зусиль і використовують найсучасніше обладнання у пошуках нових квантових матеріалів, які дозволять їм створювати такі ефекти. Але що робити, якщо немає відповідних матеріалів, які зустрічаються в природі?

Новий підхід до надпровідності

У нещодавньому дослідженні, опублікованому в журналі Nature Physics, дослідницька група професора UZH Тітуса Нойперта, яка тісно співпрацює з фізиками з Інституту фізики мікроструктури Макса Планка в Галле (Німеччина), представила можливе рішення. Дослідники створили необхідні матеріали власноруч – по одному атому за раз. Вони зосереджені на нових типах надпровідників, які особливо цікаві тим, що мають нульовий електричний опір при низьких температурах. Надпровідники, які іноді називають “ідеальними діамагнетиками”, використовуються в багатьох квантових комп’ютерах завдяки їхній надзвичайній взаємодії з магнітними полями. Фізики-теоретики витратили роки на дослідження та прогнозування різних надпровідних станів. “Однак лише невелика кількість з них досі була переконливо продемонстрована в матеріалах”, – каже професор Нойперт.

Два нові типи надпровідності

У своїй захоплюючій співпраці дослідники UZH теоретично передбачили, як мають бути розташовані атоми для створення нової надпровідної фази, а команда в Німеччині провела експерименти, щоб реалізувати відповідну топологію. Використовуючи скануючий тунельний мікроскоп, вони перемістили і розмістили атоми в потрібному місці з атомною точністю. Цей же метод також використовувався для вимірювання магнітних і надпровідних властивостей системи. Осаджуючи атоми хрому на поверхню надпровідного ніобію, дослідники змогли створити два нових типи надпровідності. Подібні методи раніше використовувалися для маніпуляцій з атомами та молекулами металів, але до цього часу ніколи не вдавалося створити двовимірні надпровідники за допомогою такого підходу.

Результати не лише підтверджують теоретичні передбачення фізиків, але й дають їм підстави для роздумів про те, які ще нові стани матерії можуть бути створені таким чином, і як вони можуть бути використані у квантових комп’ютерах майбутнього.