Текст уведомления здесь

В МФТИ нашли первый «объемный» топологический сверхпроводник

До сих пор сверхпроводимость регистрировалась только на поверхностях.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из МФТИ, Университета Твенте и Амстердамского университета (два последних — в Нидерландах) нашли у непроводящего висмута, легированного сурьмой, сверхпроводимость внутри его объема. Это первый топологический материал с такой возможностью (ранее ее находили только в тонком поверхностном слое). Соответствующая статья опубликована в Nature Materials.

Топологически защищенными, или топологическими изоляторами, называют материалы, в которых наблюдается сложная структура энергетических зон. Благодаря этому на их поверхности возникает проводящее состояние, а в объеме, как правило, — диэлектрическое. Причем проводящее состояние на поверхности имеет жесткую зависимость возможного направления движения электрона от его спина (упрощенно — вращения вокруг своей оси).

Топологическая защищенность проявляется в том, что электроны в таких материалах не могут рассеиваться в объеме, так как он является изолятором. Течение электронов оказывается надежно определенным. Чтобы изменить направление их движения, нужно будет изменить спин, а это при отсутствии магнитных примесей в материале или действующих на него магнитных полей само по себе не произойдет.

Такие характеристики топологических материалов делают их крайне перспективными для применения в квантовых вычислениях. Квантовые биты (кубиты) сильно страдают от неустойчивости квантовых состояний. Как только возникает взаимодействие с внешней средой, состояние квантовой частицы получает конечное и небольшое время жизни. Но если квантовое состояние будет защищено от внешней среды топологическим материалом, то нарушить его будет куда сложнее.

Розовая подложка — кристаллик висмут-сурьмы, голубые полоски — ниобиевые контакты, которые становятся сверхпроводником при -264 градусах по ЦельсиюИзображение: пресс-служба МФТИ

Авторы новой работы изучили дираковские полуметаллы — топологические материалы, в которых защищенные состояния могут быть даже в объеме вещества. Полуметаллами они называются, потому что занимают по электрическим свойствам промежуточное положение между металлами и полупроводниками. Благодаря сохранению свойств в объемах, защита для квантовых состояний выходит «толще» — внешнему воздействию не удается преодолеть материал, если на его поверхности небольшой дефект.

В ходе экспериментов на образцах висмута, покрытых сурьмой, удалось показать, что топологическая защищенность действительно присутствует в объеме пленки из материала толщиной в несколько сотен нанометров. Хотя такой слой может показаться очень тонким, для дираковского полуметалла речь идет о существенном объеме.

Подтверждением наличия топологической защищенности материала стало то, что волновая функция тока, протекающего через образец легированного сурьмой висмута в состоянии нулевого сопротивления, изменилась при изменении фазы тока на 2π. Если бы топологической защищенности в материале не было, то волновая функция тока осталась бы неизменной.

Вам понравилась публикация?
Расскажите, что вы думаете, и мы подберем подходящие материалы

Течь в Марианской впадине оказалась вчетверо больше, чем ожидалось

Благодаря новым сейсмическим данным геологи выяснили, что за год из впадины утекает в недра Земли свыше ста тонн воды на метр разлома

Марианская впадина находится на  стыке двух тектонических плит — Тихоокеанской и Филиппинской. Тихоокеанская плита медленно движется в сторону Азии и подныривает под Филиппинскую, уходя в глубь низлежащего слоя, мантии. Вместе с собой плита уносит и воду, но точное количество утекающей в глубь планеты жидкости оставалось неясным. Работа исследователей, сотрудников университета штата Вашингтон и университета Стони-Брук в Нью-Йорке, позволила уточнить объемы «марианской течи».
Добавить в закладки
Комментарии

Чтобы получить картину происходящего на глубинах в десятки километров ниже самой глубокой впадины, ученые расставили на дне океана 19 сейсмометров, а еще семь аналогичных устройств разместили на островах; все вместе они регистрировали сейсмические волны, распространяющиеся внутри нашей планеты.

Сейсмические волны возникают как при землетрясениях, так и в ходе различных фоновых процессов, не сопровождающихся значимыми подземными толчками. Наблюдение за их распространением является стандартным методом изучения внутреннего строения планеты уже больше ста лет: именно благодаря отражению волн, расходящихся от землетрясения, в 1897 году немецкий исследователь Иоганн Вихерт обнаружил ядро Земли, а в наши дни «простукивание и прослушивание» недр повсеместно используется для поиска нефти. Точно так же теперь геологи смогли получить гораздо более качественные данные о строении глубинных слоев и точнее оценить содержание воды в увлекаемых внутрь мантии частях коры.

Схема расположения тектонических плит. Как правило, на месте стыков формируются либо горы, либо впадины; также в этих местах часто возникают вулканыUSGS, Bolelav1 / Wikimedia commons

Как оказалось, прошлые исследования давали число примерно в четыре раза меньшее, чем показало новое исследование. [ ... ]

Читать полностью

Карбид кремния сделает квантовый интернет гигабитным

Это позволит уравнять скорость защищенных каналов связи с существующими крупными «открытыми» сетями.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из МФТИ предложили способ повысить скорость квантового интернета до очень значительных величин — свыше гигабита в секунду. Новая разработка российских ученых может перевернуть всю ситуацию с передачей информации по защищенным каналам данных и сделать их такими же производительными, как обычный, «неквантовый» интернет. Соответствующая статья опубликована в Nature Partner Journal Quantum Information.

Активное развитие квантовых компьютеров, позволит, в теории, взламывать практически все существующие сейчас шифры в короткие сроки. Из-за отсутствия стойкого шифрования банковские операции онлайн и многие другие, уже ставшие привычными нам сервисы станут практически невозможны. Однако квантовая криптография, как считается, будет устойчивой даже для квантовых компьютеров. Простые следствия из основ квантовой физики не позволят перехватить сообщение, переданное по «квантовому» каналу, без того чтобы это стало известно получателю и отправителю.

Но у этой новой и крайне важной парадигмы защиты информации есть одно слабое место: квантовая передача данных требует использования одиночных фотонов, например квантовых точек (кусочков полупроводника, которые так малы, что из них за один рабочий цикл может получиться только один фотон). Вот только работают они нужным образом лишь при температуре -200 градусов по Цельсию. Массовое оборудование на такой основе будет слишком сложным и потому дорогим.

Физики из МФТИ предложили альтернативный материал для получения нужных однофотонных сигналов. С помощью расчетов они продемонстрировали, что новый материал не только намного практичнее, но и позволяет добиться огромных скоростей передачи данных. [ ... ]

Читать полностью

Лазер сдвинул фазу квантовому материалу

Необычный процесс может иметь большое значение для оптической электроники.
Добавить в закладки
Комментарии

Ученые из России и США обнаружили и объяснили необычный фазовый переход в квантовом материале, происходящий при его обстреле лазерными импульсами. Учет этого экзотического явления внесет заметный вклад в развитие оптоэлектроники. Соответствующая статья опубликована в Nature Physics.

Исследователи из Массачусетского технологического института (США) экспериментально обнаружили необычные процессы, идущие в квантовом материале при его обстреле короткими лазерными импульсами. Чтобы объяснить данные экспериментов, они обратились к коллегам из Сколтеха (Россия). Теоретики всесторонне изучили полученные экспериментальные данные и пришли к выводу, что они указывают на прямое влияние лазерного импульса на фазовый переход в квантовом материале, притом такой, который в обычном материале при фазовом переходе (например, при таянии льда) не происходит.

Выяснилось, что под действием лазера в квантовом материале спонтанно возникает волна зарядовой плотности электронов. Такими волнами называют периодическое перераспределение в пространстве электронного, ионного и суммарного зарядов частиц того или иного материала. Эти волны возникают при малых периодических смещениях ионов относительно их положений равновесия в кристаллической решетке (в данном случае — колебаний ионов в кристаллической решетке материала после его обстрела лазерными импульсами).

Также удалось установить, что лазерный импульс приводит к возникновению в материале особых долгоживущих микроскопических объектов, называемых топологическими дефектами. Их важно учитывать при дизайне новых оптоэлектронных устройств. Дело в том, что в районе топологического дефекта электроны распространяются иначе, чем в массе материала, где дефектов нет. [ ... ]

Читать полностью