Коллектив физиков из России и Франции обнаружил возмущения в двумерном слое сверхпроводников, которые напоминают осциллирующие звезды. Возможно, данное явление удастся использовать при создании квантовых компьютеров, сообщается в пресс-релизе МФТИ.
Ученые исследовали появление вокруг одиночных магнитных атомов, встроенных в двумерный слой сверхпроводника, так называемых состояний Ю-Шиба-Русинова, теоретически предсказанных в 1960-х годах. Тогда физики Лю Ю из Китая, Хироюки Сиба из Японии и Анатолий Русинов из СССР независимо 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. Как теперь удалось выяснить, в двумерном сверхпроводнике такие состояния распространяются дальше, чем в трехмерном, а также обладают большей стабильностью.
В эксперименте в качестве сверхпроводника использовалась кристаллическая решетка диселенида ниобия толщиной два-три атома, в которую были включены единичные намагниченные атомы железа. Состояния Ю-Шиба-Русинова вокруг этих атомов регистрировались при помощи сверхнизкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа. Ученые обнаружили, что эти состояния простираются на десятки нанометров, то есть в десять раз дальше, чем в трехмерном сверхпроводнике. Возмущенная область имела форму шестиконечной электронной «звезды», лучи которой были вытянуты вдоль осей кристаллической решетки диселенида ниобия. Итоги эксперимента изложены в статье Дмитрия Родичева из Высшей школы промышленной физики и химии Парижа (ESPCI ParisTech), Василия Столярова из лаборатории «Топологические квантовые явления в сверхпроводящих системах» МФТИ, Жербо Менара и Тристана Крена из Института нанонауки при университете Сорбонны и их коллег, опубликованной журналом Nature Physics.
«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 один из авторов исследования, руководитель лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ Василий Столяров.
