Сверхпроводники будущего: ученые создают новые состояния вещества, преодолевая ограничения природы

Ученые из Цюрихского университета совместно с коллегами из Института микроструктурной физики имени Макса Планка смогли успешно создать новые типы сверхпроводников, размещая атомы по одному. Исследование, опубликованное в журнале Nature Physics, указывает на многообещающий подход к преодолению ограничений природных материалов и открывает путь к созданию принципиально новых состояний вещества для электроники и вычислительных технологий будущего.

Электроника завтрашнего дня зависит от открытия уникальных материалов. Иногда природная топология атомов затрудняет создание новых физических эффектов. Чтобы решить эту проблему, ученые из Цюрихского университета впервые успешно разработали сверхпроводники, размещая атомы по одному, что привело к созданию принципиально новых состояний вещества.

Поиск ответов на вопросы о том, как будут выглядеть и работать компьютеры будущего, является важным стимулом для фундаментальных физических исследований. Существует несколько возможных сценариев - от дальнейшего развития классической электроники до нейроморфных и квантовых компьютеров.

Общим элементом этих подходов является использование новых физических эффектов, некоторые из которых пока предсказаны только в теории. Исследователи прилагают немало усилий и используют современное оборудование в поисках новых квантовых материалов, которые позволят реализовать такие эффекты. Но что, если подходящих природных материалов не существует?

Новый подход к сверхпроводимости

В недавнем исследовании, опубликованном в Nature Physics, группа профессора Титуса Нойперта из Цюрихского университета в тесном сотрудничестве с физиками из Института микроструктурной физики имени Макса Планка представила возможное решение. Исследователи создали необходимые материалы самостоятельно - размещая атомы по одному.

Они сосредоточились на новых типах сверхпроводников, которые особенно интересны, поскольку демонстрируют нулевое электрическое сопротивление при низких температурах. Благодаря необычному взаимодействию с магнитными полями, сверхпроводники часто используются в квантовых компьютерах. Теоретические физики годами занимались исследованием и предсказанием различных сверхпроводящих состояний. "Однако до сих пор лишь небольшое их число было однозначно продемонстрировано на материалах", - говорит профессор Нойперт.

Два новых типа сверхпроводимости

В результате плодотворного сотрудничества исследователи теоретически предсказали, как должны быть упорядочены атомы для создания новой сверхпроводящей фазы, а коллеги из Германии провели соответствующие эксперименты. Используя сканирующий туннельный микроскоп, они с атомной точностью перемещали и размещали атомы в нужных позициях.

Тем же методом измеряли магнитные и сверхпроводящие свойства системы. Разместив атомы хрома на поверхности сверхпроводящего ниобия, ученые смогли создать два новых типа сверхпроводимости. Ранее подобные методы использовались для манипулирования металлическими атомами и молекулами, но до сих пор не удавалось создавать двумерные сверхпроводники таким способом.

Полученные результаты не только подтверждают теоретические предсказания физиков, но и дают повод предположить, какие ещё новые состояния вещества могут быть созданы таким образом и как их можно будет использовать в квантовых компьютерах будущего.