В НИУ ВШЭ научились увлекать экситон-поляритонами сверхпроводящий ток

4.4

Ученые из МИЭМ НИУ ВШЭ научились запускать сверхпроводящий ток с помощью «жидкого света». Так называют экситон-поляритоны — гибридные частицы, образующиеся в результате взаимодействия света и материи, обладающие одновременно свойствами как света, так и материальных частиц. Возможность управлять электрической системой с помощью оптической может пригодиться при создании технологий будущего, в том числе квантовых компьютеров.

НИУ ВШЭ

# жидкий свет

# сверхпроводимость

# экситон

# экситон-поляритоны

# электрический ток

Эффект взаимного увлечения проявляется так: если создать сверхтекучий «жидкий свет», его поток увлечет сверхпроводящие электроны, и в сверхпроводнике возникнет ток / © arxiv.org / Автор: Дмитрий Жуков

Исследование опубликовано в журнале Physical Review B. При конструировании квантового компьютера к его частям выдвигаются противоположные требования. Например, квантовый процессор должен работать быстро, а квантовая память должна медленно записывать и долго хранить информацию, причем тоже в квантовом формате, чтобы она не разрушалась под влиянием окружающей среды. Научиться управлять взаимодействием этих двух систем — задача, которую решают сегодня многие физики, занимающиеся квантовыми технологиями.

Исследователи из НИУ ВШЭ изучили взаимное увлечение между сверхпроводящей и/или сверхтекучей системами (эффект Андреева — Башкина) в необычной гибридной системе, состоящей из двух подсистем: тонкой пленки сверхпроводника и системы экситон-поляритонов.

Экситон-поляритоны («жидкий свет») — это экзотическое состояние света и вещества (тонкого полупроводника), запертых между двух зеркал. Свет в такой системе часть времени живет в виде экситона (пары связанных кулоновским притяжением электронов и дырки внутри полупроводника), а другую часть времени пробегает между зеркалами (так устроен поляритон). Экситон-поляритонная жидкость проявляет сверхтекучесть: может «течь» без потерь энергии на трение.

Не так давно российские исследователи изучили, как сверхпроводник, помещенный в «сэндвич» с зеркалами и полупроводником, может взаимодействовать с экситон-поляритонами. Исследовательская группа Юрия Лозовика, профессора МИЭМ ВШЭ, предположила, что, помимо обычного взаимодействия, возможен и эффект взаимного увлечения сверхпроводника и экситон-поляритонов. Полупроводник между зеркалами позволяет получить сверхтекучую жидкость из экситон-поляритонов, а течение этой жидкости может запускать ток электронов в сверхпроводнике. Авторы статьи посчитали, насколько сильным будет этот эффект, используя реалистичные параметры современных полу- и сверхпроводящих материалов.

«Каждая из подсистем проявляет квантовые эффекты, но электроны в сверхпроводнике движутся медленно, а экситон-поляритоны — очень быстро. Движение электронов переносит электрический заряд, а поток экситон-поляритонов — нейтральный. Но через взаимное увлечение мы можем связать между собой эти две сильно различающиеся системы», — комментирует Алексей Соколик, один из авторов статьи, старший научный сотрудник лаборатории «Математические методы естествознания».

«Явление увлечения можно характеризовать, например, рассматривая, насколько большой электрический ток в сверхпроводнике возникнет, если мы начнем увлекать электроны. При реалистичных параметрах моделируемой системы ток может достигать наноампер, он может быть измерен в эксперименте», — добавляет Азат Аминов, первый автор статьи, аспирант базовой кафедры квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН факультета физики НИУ ВШЭ.

Исследователи подчеркивают, что одна из перспективных задач для развития квантовых технологий — усиление эффекта взаимного увлечения экситон-поляритонов и сверхпроводящих электронов.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.

Национальный исследовательский университет «Высшая школа экономики» — один из крупнейших и самых востребованных вузов России. В университете учится 54 тысячи студентов и работает почти 4,5 тысячи учёных и преподавателей. НИУ ВШЭ ведёт фундаментальные и прикладные исследования в области социально-экономических, гуманитарных, юридических, инженерных, компьютерных, физико-математических наук, а также креативных индустрий. В университете действуют 47 центров превосходства, или международных лабораторий. Вышка объединяет ведущих мировых исследователей в области изучения мозга, нейротехнологий, биоинформатики и искусственного интеллекта. Университет входит в первую группу программы «Приоритет-2030» в направлении «Исследовательское лидерство». Кампусы НИУ ВШЭ расположены в четырех городах — Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Перми, а также в цифровом пространстве — «Вышка Онлайн».