Физики сообщили о наличии у оловянного слоя на кремниевой подложке признаков редкой хиральной сверхпроводимости.
Группа ученых под руководством физиков из Университета Теннесси представила свидетельства наличия на поверхности кремния редкой хиральной сверхпроводимости. Если открытие подтвердится, материал можно будет использовать в квантовых компьютерах и вычислениях. Это ускорит их массовое применение за счет отработанных технологий создания микрочипов на основе кремния.
В своей работе ученые воспроизвели физику, подобную купратам (сложным соединениям меди и кислорода) — наиболее известным высокотемпературным сверхпроводникам, вырастив одну треть монослоя атомов олова на подложке из кремния. При этом отталкивание между электронами олова настолько велико, что они не могут двигаться и не обладают сверхпроводимостью.
Чтобы преодолеть это сопротивление, ученые внедрили атомы бора в кристаллическую структуру слоя кремния. Такие «вкрапления» забирают часть электронов из слоя олова (до 10%), позволяя оставшимся свободно перемещаться внутри слоя. Эксперименты показали, что такой модифицированный материал обладает металлическими и сверхпроводящими свойствами. При этом его критическая температура превышает аналоги почти всех элементарных сверхпроводников.
Кроме того, исследователи обнаружили, что в таком соединении олова и кремния наблюдаются свойства хиральных сверхпроводников. В хиральных системах вращения по часовой стрелке и против часовой стрелки одинаковы, но одновременно различны, объясняют ученые, это можно сравнить со сходством и различием правой и левой руки.
В квантовой механике свойства одиночных или парных электронов закодированы в математической волновой функции, которая может быть левой, правой или «топологически тривиальной». Исследование показало, что сверхпроводящая волновая функция в слое олова оказывается направленной в одной части образца по часовой стрелке, а в другой — против часовой стрелки. Со временем они меняются, но всегда вращаются в разные стороны.
Кроме того, эксперименты показали, что внутри нового сверхпроводника наблюдаются два одномерных канала проводимости, которые проходят по периметру материала образца. В этих каналах размещаются экзотические сущности (частицы Майорана), которые при определенных условиях объединяют в себе частицу и античастицу. Подобное поведение также свидетельствует в пользу наличия хиральной сверхпроводимости.
Частицы Майорана топологически защищены, невосприимчивы к тому, что происходит в окружающей их среде и являются перспективными элементами для квантовых компьютеров, отмечают ученые. Исследователи полагают, что интеграция экзотических свойств сверхпроводников с легко масштабируемой платформой материалов на основе кремния приблизит квантовые технологии к производству в промышленных масштабах.
Читать далее:
Два фото Земли с разницей в 50 лет сравнили в НАСА: что нашли ученые
Планету размером с Землю нашли недалеко от нас. Возможно, там есть атмосфера
Посмотрите на золотые «брекеты» XVII века: их установили светской львице