Fizičari su stvorili egzotični supravodič kontroliran magnetizmom

Supravodljivost nastavlja revolucionirati tehnologiju na brojne načine. Dok neka tehnološka dostignuća teže poticanju struja bez otpora na višim temperaturama, inženjeri istražuju naprednije metode preciznog upravljanja iznimno učinkovitim protokom elektrona. Nažalost, mnogi postupci koji bi bili prikladni za standardnu elektroniku, poput upotrebe vanjskih magnetskih polja, mogu narušiti svojstva koja supravodiče čine tako učinkovitima. Međunarodni tim znanstvenika uspio je očuvati egzotično stanje supravodljivosti koje nije narušeno, već kontrolirano snažnim magnetizmom. Postigli su to upotrebom topološkog izolatora, poluvodičkog materijala koji provodi električnu struju samo na svojoj površini, a ne u unutrašnjosti, zahvaljujući specifičnom rasporedu elektrona.

“Uzbudljivo je što možemo opremiti topološke izolatore magnetskim atomima, omogućujući njihovo upravljanje pomoću magneta,” izjavio je fizičar Charles Gould sa Sveučilišta u Würzburgu u Njemačkoj. Tim je razvio dvodimenzionalni topološki izolator od žive, mangana i telura, inducirajući elektrone u egzotični raspored poznat kao stanje Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO). U tom stanju, kvantno potpomognuta sparivanja elektrona, koja omogućuju struju bez otpora, mogu se mijenjati na način koji dopušta manipulaciju. Takav uređaj može funkcionirati kao Josephsonov spoj, komponenta supravodičkih krugova u kojoj su supravodički dijelovi odijeljeni tankim slojem materijala koji nije supravodič.

Supravodički sustavi

Iako je FFLO stanje  bilo zapaženo u obujmu supravodičkih materijala, njegovo ograničavanje unutar Josephsonovog spoja omogućuje kontrolu koja fizičarima pruža mogućnost detaljnijeg proučavanja fenomena i razvoja tehnologija koje bi mogli preciznije upravljati supravodičkim sustavima. “Integriramo prednosti supravodiča s mogućnostima kontrole koje nudi topološki izolator,” objašnjava Gould. “Korištenjem vanjskog magnetskog polja, sada možemo točno upravljati svojstvima supravodljivosti. Ovo predstavlja pravi proboj u kvantnoj fizici.” Kao i uvijek, dublje razumijevanje fizičkih pojava, poput međudjelovanja supravodljivosti i magnetizma, može otvoriti put prema inovativnijim primjenama.

Supravodljivost se već koristi na različite načine, od dijelova unutar uređaja za magnetsku rezonanciju do maglev vlakova koji lebde iznad tračnica, što je još jedan primjer dinamičke veze između supravodiča i magneta. Rezultati predstavljeni u ovom istraživanju mogli bi dovesti do razvoja supravodiča specifično prilagođenih za određene funkcije i zadatke. Primjerice, jedna od mogućih primjena je u kvantnom računalstvu, gdje je kontrola elektrona i otpornost na vanjske smetnje ključna za funkcionalnost. “Izazov s kvantnim bitovima je njihova visoka osjetljivost na vanjske utjecaje poput električnih ili magnetskih polja,” napominje Gould. “Naše otkriće moglo bi znatno doprinijeti stabilizaciji kvantnih bitova, čime bi se omogućila njihova upotreba u budućim kvantnim računalima.