Высокотемпературные сверхпроводники стали ближе к реальности благодаря новому нетрадиционному интерфейсу

Группа исследователей создала уникальный интерфейс между сверхпроводником (материал, демонстрирующий нулевое электрическое сопротивление при низких температурах) и хиральным материалом. Новый интерфейс создает значительно усиленное поле Зеемана - магнитное поле, влияющее на спин электронов. Эта технология может стать ключом к новым и инновационным применениям в таких областях, как электроника, энергетика и, что особенно важно, квантовые вычисления.

Новый сверхпроводящий материал сочетает в себе обычный сверхпроводник и материал, демонстрирующий сильное спин-орбитальное взаимодействие. Это взаимодействие, возникающее в результате связи между спином электрона и его орбитальным движением, как было показано, сильно влияет на свойства сверхпроводящего материала. Интерфейс вызывает спиновую поляризацию на поверхности сверхпроводника и генерирует квазичастичные состояния магнитного происхождения.

Квазичастичные состояния - это состояния, на которые особым образом влияют магнитные поля. Такие состояния могут возникать в материалах, где взаимодействие между электронами и магнитными полями очень сильное. Эти эффекты связаны с концепцией спиновой селективности, индуцированной хиральностью (CISS), когда структурная хиральность материала влияет на спин и орбитальный угловой момент его электронов. CISS имеет решающее значение для развития сверхпроводящей спинтроники и топологической сверхпроводимости, поскольку позволяет контролировать спин электронов в сверхпроводящих материалах.

Создав интерфейс между этими двумя материалами, исследователи смогли усилить сверхпроводящие свойства. Полученный материал также продемонстрировал гораздо более высокую устойчивость к магнитным полям, что само по себе является важным фактором для многих практических применений. Например, он может устранить декогеренцию, которая возникает, когда квантовая система взаимодействует со своим окружением.

Последствия? Эта новая технология может способствовать разработке высокотемпературных сверхпроводников, которые работают при температурах, близких к температуре окружающей среды. Важно отметить, что существующие сверхпроводники работают только при очень низких температурах. Если температура поднимается настолько высоко, что достигает полосы проводимости, сверхпроводимость не возникает. Поэтому будущие материалы на основе такого интерфейса могут переосмыслить передачу и хранение энергии, а также позволят создавать более мощные и эффективные электронные устройства, например, высокопроизводительные транзисторы.

Наконец, усиленное спин-орбитальное взаимодействие в этом новом материале может привести к реализации экзотических сверхпроводящих состояний с топологическими свойствами. Экзотические состояния отличаются от обычных сверхпроводников своими электронными свойствами и симметрией. Эти состояния стали предметом пристального исследовательского интереса из-за их потенциала для обработки информации и квантовых вычислений, как упоминалось ранее.

Исследователи полагают, что их результаты стимулируют дальнейшие исследования в области сверхпроводимости и откроют новые возможности в ближайшем будущем. Для справки, первая коммерческая система МРТ, использующая сверхпроводники, была представлена в начале 1980-х годов. Нет необходимости говорить о том, что это была революционная технология, и мы надеемся, что будущие приложения будут только развивать ее наследие.