Уведомления
Авторизуйтесь или зарегистрируйтесь, чтобы оценивать материалы, создавать записи и писать комментарии.
Авторизуясь, вы соглашаетесь с правилами пользования сайтом и даете согласие на обработку персональных данных.
Обнаружен новый физический эффект, который может лечь в основу перспективных квантовых устройств
Физики открыли новый тип резонансных осцилляций сверхпроводящего критического тока, связанных с туннелированием между локализованными андреевскими квантовыми уровнями. Обнаружены они в джозефсоновских контактах, изготовленных на основе одиночных нанокристаллов топологических изоляторов. Нанокристаллы оказались перспективными не только для изучения фундаментальных физических процессов в мезоскопических квантовых системах, но и для развития квантовых технологий в целом.
Результаты работы представлены в высокорейтинговом международном научном журнале Advanced Quantum Technologies. Мезоскопические устройства на основе топологических изоляторов — это настоящий научный клондайк, где ученые ищут и до сих пор находят множество новых фундаментальных и прикладных эффектов. Как можно понять уже из названия, материалы такого типа принято относить к изоляторам, или иначе — диэлектрикам либо полупроводникам, не пропускающим через себя электрический ток. Но за одним очень важным исключением: в своем тончайшем поверхностном слое этот материал проводит ток, как металл.
Грубо говоря, можно представить себе топологический изолятор чем-то вроде фрагмента дерева, покрытого с двух сторон медью. Однако в данном случае речь идет не о двух веществах, а об однородном образце одного и того же материала. Причем материала такого, в котором особое квантовое состояние электронов в поверхностном слое делает их не просто переносчиками тока, но «топологически защищенными» переносчиками.
Это свойство обусловлено тем, что данные квантовые состояния электронов чрезвычайно стабильны — в отличие от обычных электронных состояний в металле, здесь они более устойчивы при взаимодействии с атомными дефектами, ступеньками или другими несовершенствами материала.
Ученые из МФТИ открыли новый тип резонансных осцилляций сверхпроводящего критического тока в созданном научным коллективом новом джозефсоновском устройстве на основе нанокристалла топологического изолятора.
«Мы обнаружили новый тип осцилляций критического тока джозефсоновского контакта, состоящего из двух сверхпроводящих ниобиевых электродов, между которыми размещен нанокристалл топологического изолятора Bi2Te2.3Se0.7 гексагональной формы. Осцилляции появляются в температурном диапазоне от 400 до 20 мК (–272,7 °С) и имеют очень необычную остроконечную форму.
Период этих осцилляций составляет всего 1 эрстед, что соответствует чрезвычайно малому энергетическому масштабу, примерно 1 мкэВ. Нами было установлено, что наблюдаемый эффект может быть обусловлен резонансным туннелированием андреевских квазичастиц между энергетическими уровнями, образующимися вблизи границ сверхпроводник / топологический изолятор», — рассказал Василий Столяров, руководитель исследования, директор Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ.
Эксперименты проводились на рефрижераторе растворения BlueFors LD250. Для проведения таких прецизионных исследований был использован разработанный одним из соавторов метод фильтрации электронных и тепловых шумов.
По словам разработчиков, широкий диапазон температур, при котором проявляется пикообразная форма осцилляций и их сверхмалый период, являются прямым экспериментальным свидетельством того, что исследованный материал может послужить платформой для реализации квантовых устройств будущего.
«Хочется отметить, что мы первые в мире, кто решил реализовать джозефсоновское устройство на отдельном нанокристалле топологического изолятора, и вот результат. Думаю, за устройствами на таких объектах большое будущее», — добавил Василий Столяров.
Топологическая защищенность электронной подсистемы этого класса материалов может привести к рекордной устойчивости таких устройств к источникам декогерентности, а значит, и более высокой точности вычислений по сравнению с используемыми сейчас физическими принципами в «классических» кубитах.
Следующим этапом исследования, как сообщили соавторы работы, станет совершенствование технологии синтеза нанокристалов, технологии изготовления непосредственных сверхпроводящих устройств, а также изучение того, как эффективно управлять квазичастичными андреевскими уровнями и как реализовать квантовое логическое устройство на их основе.
«Наш результат имеет очень большое фундаментальное значение, поскольку ранее наличие андреевских уровней в системах с границами сверхпроводник / топологический изолятор не предсказывалось. Также из-за малого энергетического масштаба системы таких уровней невозможно было подумать и о наглядном электронно-транспортном эксперименте. В данном случае стечение обстоятельств позволило нам это сделать», — заключил Василий Столяров.
Работа выполнена при поддержке Российского научного фонда. В работе, кроме ученых Центра перспективных методов мезофизики и нанотехнологий МФТИ принимали участие их коллеги из лаборатории сверхпроводящих метаматериалов МИСиС, Университета Сорбонна (Париж), Института технологий микроэлектроники РАН, Института физики твердого тела РАН и Университета Твенте (Нидерланды).
Telegram 
Дзен 
VK Современные мегаполисы достигли пределов своего технологического развития и накопили ряд нерешаемых проблем. Перенаселенность, транспортный коллапс, ухудшение экологии и уничтожение природы — все это характерно как для Москвы, так и для Пекина и Нью-Йорка. Белорусские инженеры разработали концепцию линейного города uCity, который представляет собой симбиоз природы и мегаполиса и выводит урбанистику на принципиально новый уровень.
Американский ботаник на Марианских островах придумал, как спасти популяцию вымирающих бобовых деревьев. Их молодняк гибнет в тени лесного полога спустя несколько недель после прорастания. Исследователь провел опыт, разложив вокруг молодых деревьев зеркала и оставив их на несколько месяцев. Обработанные таким образом сеянцы оказались выше и втрое чаще выживали.
Реконструкция климата на Земле в прошлые геологические эпохи представляет собой сложную задачу. Американские ученые построили новую температурную кривую фанерозоя, скомбинировав модели с геологическими индикаторами. График хорошо согласуется с установленными ранее периодами оледенения и потепления, однако, противоречит общепринятому тренду на уменьшение парникового эффекта.
Инженеры из Белоруссии разработали альтернативный маршрут для более быстрой, безопасной и доступной перевозки грузов по сравнению с использованием Северного морского пути (СМП). Проект предусматривает организацию высокоскоростных грузопассажирских перевозок, в том числе транзитных, что станет альтернативой другим видам транспорта, в первую очередь авиации, за счет высокой скорости передвижения и уровня комфорта.
Исследовательская группа из NASA выяснила, как на поверхности Красной планеты образуются маленькие темные объекты в форме пауков. Новаторский эксперимент, проведенный в лабораторных условиях, позволил воссоздать процессы, которые наблюдаются на поверхности Марса в зимние и весенние месяцы.
Американский ботаник на Марианских островах придумал, как спасти популяцию вымирающих бобовых деревьев. Их молодняк гибнет в тени лесного полога спустя несколько недель после прорастания. Исследователь провел опыт, разложив вокруг молодых деревьев зеркала и оставив их на несколько месяцев. Обработанные таким образом сеянцы оказались выше и втрое чаще выживали.
Месторождения самородного золота приурочены главным образом к кварцевым жилам. Считается, что оно осаждается из горячих магматических растворов, внедряющихся по трещинам в горных породах. Однако образование крупных скоплений золота представляет собой минералогическую загадку. Австралийские ученые предположили, что дело — в пьезоэлектрических свойствах кварца, которые под действием частых землетрясений способствуют образованию больших скоплений драгоценного металла.
На юге Шотландии расположена деревня, издавна связанная с легендой о Мерлине — великом волшебнике, наставнике короля Артура. Ранее эта история, как и многие другие части артуровского цикла, не имела никаких археологических подтверждений — только крайне запутанные упоминания в древних манускриптах. Теперь ситуация изменилась.
Французские исследователи проанализировали тысячи спутниковых снимков поверхности Антарктиды и выяснили, что почти весь континент покрывают продольные дюны — такой рельеф часто встречается на спутнике Сатурна Титане. Ученые также узнали, какие ветры формируют антарктические дюны, и нашли противоречие, раскрывающее детали климата на континенте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
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
Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно