«Нанозвезды» помогут ученым создать квантовые суперкомпьютеры

Физики обнаружили в сверхпроводниках магнитные возмущения, которые могут помочь в создании квантовых компьютеров. 14 Октябрь 2015, 07:59
 Обнаруженный эффект внешне напоминает созвездия магнитных «нанозвезд», которые можно будет использовать в квантовой электронике.
Ученые из Франции и России обнаружили, что магнитные атомы в двумерном слое сверхпроводника создают возмущения, которые выглядят как осциллирующие «нанозвезды». Теоретически, «созвездия» таких возмущений можно будет использовать в квантовой электронике, которая, как считается, должна прийти на смену кремниевой электронике. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Physics, а кратко о них сообщает пресс-служба МФТИ.
Ученые исследовали появление вокруг одиночных магнитных атомов, встроенных в двумерный слой сверхпроводника, так называемых состояний Ю-Шиба-Русинова, предсказанных теоретически в 1960-х годах, но экспериментально не подтвержденных. Оказалось, что в двумерных системах магнитное возмущение распространяется на большее расстояние, возникающие состояния более устойчивы, что делает их более пригодными для создания электроники нового поколения.

«Мы показали, что переход от трех измерений к двум приводит к увеличению «дальности» распространения состояний Ю-Шиба-Русинова. Эти «звезды» более устойчивы и более пригодны для создания новых топологически защищенных состояний. Из цепочек состояний Ю-Шиба-Русинова можно собирать неабелевы анионы, которые в свою очередь могут служить элементами будущих квантовых компьютеров», – говорит соавтор исследования, руководитель лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ Василий Столяров.
Изображение: пресс-служба МФТИ
Для исследований использовалась кристаллическая решетка диселенида ниобия толщиной два-три атома. С помощью сверхнизкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа ученые впервые увидели возбужденные состояния Ю-Шиба-Русинова вокруг единичных магнитных атомов железа. Оказалось, что в этих двумерных сверхпроводниках состояния простираются на десятки нанометров, то есть в десять раз дальше, чем в «обычных» трехмерных сверхпроводниках. Возмущенная область имела форму шестиконечной электронной «звезды», лучи которой были вытянуты вдоль осей кристаллической решетки диселенида ниобия.
Изображение: пресс-служба МФТИ
остояния Ю-Шиба-Русинова были предсказаны во второй половине 1960-х годов тремя физиками из Китая, СССР и Японии независимо друг от друга. Ученые предположили, что магнитные атомы, добавленные в сверхпроводник, должны создавать вокруг себя особые возбужденные состояния - стоячие волны электронных и дырочных колебаний. Расчеты показывали, что в окрестностях этих состояний могут возникать области топологической проводимости, где ток может течь только в одном направлении. Однако до недавнего времени это предсказание не было подтверждено экспериментально.