Naukowcom udało się stworzyć nowe typy nadprzewodników, układając atomy jeden po drugim, co może zaowocować opracowaniem innowacyjnych materiałów i postępem w informatyce kwantowej. Badanie wskazuje na obiecujące podejście do przezwyciężania ograniczeń materiałów występujących w naturze, torując drogę nowym stanom materii w przyszłej elektronice i technologiach komputerowych.
Elektronika przyszłości zależy od odkrycia unikalnych materiałów. Czasami jednak topologia naturalnie występujących atomów utrudnia tworzenie nowych efektów fizycznych. Aby rozwiązać ten problem, naukowcom z Uniwersytetu w Zurychu udało się zaprojektować nadprzewodnik kukurydza Jednocześnie tworząc nowe stany materii.
Jak będzie wyglądał komputer przyszłości? Jak to będzie działać? Poszukiwanie odpowiedzi na te pytania jest głównym motorem podstawowych badań fizycznych. Możliwych scenariuszy jest wiele, począwszy od dalszego rozwoju klasycznej elektroniki, po obliczenia neuronowe i komputery kwantowe.
Wspólnym elementem wszystkich tych podejść jest to, że opierają się one na nowych efektach fizycznych, z których część można było dotychczas przewidzieć jedynie teoretycznie. Naukowcy dokładają wszelkich starań i korzystają z najnowocześniejszego sprzętu w poszukiwaniu nowych materiałów kwantowych, które umożliwiłyby im uzyskanie takich efektów. Ale co, jeśli nie ma odpowiednich materiałów występujących w naturze?
Nowe podejście do nadprzewodnictwa
W niedawnym badaniu opublikowanym w Fizyka przyrody, Grupa badawcza profesora Titusa Neuberta z Uniwersytetu ZH, blisko współpracująca z fizykami z Instytutu Fizyki Struktur Drobnych im. Maxa Plancka w Halle (Niemcy), znalazła możliwe rozwiązanie. Naukowcy sami wytworzyli wymagane materiały – po jednym atomie na raz.
Koncentrują się na nowych typach nadprzewodników, które są szczególnie interesujące, ponieważ nie zapewniają żadnego oporu elektrycznego w niskich temperaturach. Nadprzewodniki, czasami nazywane „idealnymi magnesami binarnymi”, są stosowane w wielu komputerach kwantowych ze względu na ich niezwykłe interakcje z polami magnetycznymi. Fizycy teoretyczni spędzili lata na badaniu i przewidywaniu różnych stanów nadprzewodzących. „Jednak tylko kilka z nich zostało dotychczas ostatecznie udowodnionych materiałowo” – mówi profesor Neubert.
Dwa nowe rodzaje nadprzewodnictwa
W ramach swojej ekscytującej współpracy naukowcy z Uniwersytetu ZH teoretycznie przewidzieli, w jaki sposób atomy zostaną rozmieszczone, aby utworzyć nową fazę nadprzewodzącą, a zespół w Niemczech przeprowadził następnie eksperymenty w celu wdrożenia odpowiedniej topologii. Za pomocą skaningowego mikroskopu tunelowego przesunęli atomy i umieścili je we właściwym miejscu z atomową precyzją.
Tę samą metodę zastosowano również do pomiaru właściwości magnetycznych i nadprzewodzących układu. Osadzając atomy chromu na powierzchni nadprzewodzącego niobu, badaczom udało się stworzyć dwa nowe typy nadprzewodnictwa. Podobne metody stosowano już wcześniej do manipulowania atomami i cząsteczkami metali, ale do tej pory nie było możliwości wytworzenia nadprzewodników 2D przy użyciu tego podejścia.
Wyniki nie tylko potwierdzają teoretyczne przewidywania fizyków, ale także dają im powód do spekulacji na temat tego, jakie inne nowe stany materii mogłyby powstać w ten sposób i jak można je w przyszłości wykorzystać w komputerach kwantowych.
Odniesienie: „Kraty Chiba 2D jako potencjalna platforma dla krystalicznego nadprzewodnictwa topologicznego” autorstwa Martiny O. Soldini, Felix Koster, Glenn Wagner, Souvik Das, Amal Darawsheh, Ronnie Thomali, Samir Lounis, Stuart S. B. Parkin, Paolo Ceci i Titus Neubert, 10 lipca 2023 r., Fizyka przyrody.
doi: 10.1038/s41567-023-02104-5
„Nagradzany beeraholik. Fan Twittera. Podróżnik. Miłośnik jedzenia.