Необходимо, но не достаточно: ученые поставили под сомнение главный маркер присутствия майорановских частиц
Исследователи из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ совместно с коллегами из Франции и Китая доказали, что эффект, который научное сообщество долго считало несомненным доказательством наличия топологической сверхпроводимости (и, следовательно, наличия частиц Майораны), может возникать и по совершенно банальным причинам — из-за тепловых эффектов. Работа ставит под сомнение интерпретацию множества экспериментов, проведенных за последние годы в разных лабораториях мира.
Частица Майораны — это экзотический квантовый объект, который ведет себя одновременно и как частица, и как своя собственная противоположность (античастица). Ученые охотятся за частицами Майораны, потому что из них можно было бы собрать идеальные кубиты — вычислительные элементы квантового компьютера, которым не страшны внешние шумы и помехи. В их поисках ученые часто используют хитроумные устройства. Одно из таких устройств — джозефсоновский переход: «бутерброд» из двух сверхпроводников, разделенных тонкой прослойкой из топологического изолятора (материала, который проводит ток только по поверхности).
Если подвергнуть такой переход воздействию микроволнового излучения, на графике зависимости напряжения от тока появляются характерные горизонтальные участки — ступени Шапиро. Обычная физика предсказывает появление всех ступеней подряд. Но если в системе присутствуют частицы Майораны, ток через переход начинает зависеть от разности фаз необычным образом — с периодом 4π, а не 2π, как в обычных сверхпроводниках. А это, в свою очередь, должно приводить к исчезновению нечетных ступенек Шапиро, прежде всего первой. Многие научные группы по всему миру наблюдали этот эффект и интерпретировали его как маркер наличия топографической сверхпроводимости.
Группа профессора Василия Столярова из Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ создала предельно чистый («баллистический») джозефсоновский переход. Работа опубликована в журнале Communications Materials, входящем в семейство Nature. В качестве прослойки использовался монокристалл топологического изолятора Bi₂Te₂.₃Se₀.₇ толщиной всего 23 нанометра, подключенный к двум ниобиевым электродам. Ученые воздействовали на структуру микроволнами разной частоты и смотрели, как меняются ступени Шапиро. На низких частотах (ниже 2 ГГц) первая ступень действительно пропадала. Но как только частоту повышали до 2 ГГц и выше, ступенька появлялась вновь.
В целом это известный экспериментальный факт: на низких частотах ступени расположены ближе друг к другу по напряжению и их труднее разрешить, особенно при малой мощности сигнала. Однако исследователей заинтересовало, может ли исчезновение первой ступени быть вызвано не техническими сложностями, а физической причиной (в том числе, не только ожидаемой для топологической сверхпроводимости 4π-периодичностью, но и тепловыми эффектами).
Для этого исследователи построили модель, которая учитывает не только квантовые процессы, но и обычный разогрев структуры током (так называемый джоулев нагрев). Модель получила название tRSJ — тепловая резистивно-шунтированная модель (thermal resistively shunted junction). Исследователи представили джозефсоновский переход в виде схемы, где два параллельных джозефсоновских перехода: тривиальный, где есть все ступени Шапиро, и топологический, где видны только четные.
Оба канала «зашунтированы» сопротивлением, это как если бы они были подключены параллельно с обычным резистором, который регулирует ток. У каждого канала есть своя «предельная частота» — если внешнее излучение слишком быстрое (частота выше предела), канал просто не успевает реагировать и перестает давать вклад в ступеньки Шапиро. Это означает, что, меняя частоту облучения, можно «включать» и «выключать» вклад разных каналов. Расчеты показали, что наблюдаемое исчезновение первой ступени можно объяснить и без привлечения топологического канала.
Руководитель работы, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ, д. ф.-м. н. Василий Столяров, подчеркнул: «Мы показали, что отсутствие первой ступени Шапиро само по себе не является достаточным доказательством топологической сверхпроводимости. Даже в баллистическом режиме классические тепловые процессы и нелинейная динамика перехода могут приводить к такому эффекту».
Результаты исследования существенно усложняют жизнь экспериментаторам. Отныне, увидев исчезновение первой ступени Шапиро, нельзя делать однозначный вывод. Ученым придется учитывать тепловые эффекты и использовать более сложный набор критериев для поиска частиц Майораны, необходимых для создания нового поколения квантовых компьютеров.
Работа поддержана Российским научным фондом (проект №25-42-00058) и Министерством науки и высшего образования РФ.
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
На протяжении десятилетий Тель-Авив воздерживался от этого шага, чтобы не испортить отношения с Турцией. Но после действий Израиля 2023-2026 годов официальная Анкара, как и множество государств мира, неоднократно осуждала Израиль, из-за чего изменилась и его позиция по геноциду.
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Авторы нового исследования провели сравнительный анализ видов паукообразных и выяснили, какие эволюционные и биомеханические факторы делают одних пауков быстрыми, а других — медленными. Параллельно ученые выделили из этой группы рекордсмена по скорости перемещения.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно