Ученые разработали альтернативную систему, которая воспроизводит физику, недоступную для разрешения в обычных экспериментах.
Исследователи из Института Нильса Бора Копенгагенского университета придумали, как изучать квантовые состояния в сверхпроводящих вихрях. Их описали еще в 1960-х годах, но до сих пор не могли наблюдать в экспериментах. Проблема в том, что эти состояния существуют в энергетических масштабах, которые значительно меньше возможностей современных квантовых экспериментов.
Датские физики нашли необычное решение этой проблемы. Вместо попыток напрямую измерить неуловимые состояния, ученые создали материал, который имитирует необходимые условия. Они использовали крошечный сверхпроводящий цилиндр и применили магнитный поток, чтобы воссоздать физику вихрей в гораздо большем масштабе.
Исследователи использовали гексагональные нанопроволоки InAs, покрытые тонким слоем алюминия толщиной 7 и 24 нм. Эта структура образует замкнутый сверхпроводящий цилиндр, в котором при приложении осевого магнитного поля возникает фазовое скручивание сверхпроводящего порядка, аналогичное вихрям в объемных сверхпроводниках.
Сканирующая электронная микрофотография измеренных гибридных нанопроводов полупроводника-сверхпроводника с художественной иллюстрацией неуловимых вихревых состояний. Изображение: Niels Bohr Institute, University of Copenhagen
В результате в нанопроводах формируются аналоги состояний Кароли–де Женна–Матрикона (CdGM), проявляющиеся как ван-Хововские особенности в спектре. Энергетические уровни этих состояний сравнимы с шириной сверхпроводящей щели и независимы от энергии Ферми, что делает их доступными для наблюдения.
Таким образом, созданная платформа предоставляет уникальную возможность изучать квантовые состояния, ранее недоступные для прямого наблюдения. Подробно технология описана в статье, опубликованной в журнале Physical Review Letters.
Понимание поведения квантовых состояний в сверхпроводящих вихрях важно для развития сверхпроводящих материалов и изучения их свойств. Предложенный метод можно использовать для создания симуляторов, которые помогут в изучении и разработке материалов для квантовых технологий.
