Исследователи из центра RIKEN CEMS сделали значительный шаг вперёд в области регулирования сверхпроводимости, установив, что изменение угла между атомными слоями материала позволяет точно контролировать его основные свойства. Это открытие раскрывает, как можно управлять энергетическим порогом, который определяет, при каких условиях материал становится сверхпроводящим. Данный прорыв приближает нас к созданию сверхпроводников, функционирующих при более высоких температурах, а также к разработке квантовых вычислительных устройств, где управление электронными парами крайне важно.
Главный объект исследования — эксперименты с тончайшими слоями диселенида ниобия, нанесёнными на подложку из графена. С помощью спектроскопической визуализации и молекулярно-лучевой эпитаксии учёные изменяли угол наклона слоёв, что привело к удивительному результату: сверхпроводящий зазор, определяющий энергию разрыва электронных пар, стал модифицироваться не равномерно, а с чётко выраженной пространственной модуляцией. Это впервые позволило воздействовать на сверхпроводимость через «импульсное пространство», своеобразную карту, описывающую распределение энергии электронов в материале.
Ранее методы контроля сосредотачивались на физическом изменении структуры, как, например, деформация кристаллической решётки. Теперь скручивание слоёв выполняет роль точного инструмента, избирательно изменяющего зазор в специфических зонах импульсного пространства.
Наши исследования подтверждают, что скручивание предлагает точный механизм контроля сверхпроводимости посредством избирательной модификации сверхпроводящего зазора в целевых областях импульсного пространства.
Масахиро Нарицука, RIKEN CEMS, ведущий автор исследования
Практическая ценность этой методики двояка. Во-первых, это позволяет разрабатывать сверхпроводники с увеличенным энергетическим зазором, что важно для работы при почти комнатных температурах. Во-вторых, точная настройка куперовских пар открывает возможности для создания миниатюрных квантовых компонентов, таких как элементы памяти для квантовых компьютеров или высокочувствительные сенсоры для энергетических систем.
Следующий этап — интеграция магнитных слоёв, что добавит контроль над спином электронов, необходимый для спинтронных устройств. По оценкам учёных, первые приложения этой технологии могут появиться в гибридных системах хранения энергии уже к 2030 году, а к 2035 году — в низкотемпературных квантовых процессорах. Однако главное достижение — принципиально новый подход к инженерии материалов, превращающий «скручивание» из лабораторного эксперимента в инструмент промышленного дизайна.
Источник: iXBT
