Нанотехнологическое сообщество Нанометр, все о нанотехнологиях
на первую страницу Новости Публикации Библиотека Галерея Сообщество Объявления Олимпиада ABC О проекте
 
  регистрация
помощь
 

Физики МФТИ в составе группы ученых из Франции обнаружили в сверхпроводниках магнитные возмущения, которые помогут создать квантовые компьютеры

Ключевые слова:  квантовые компьютеры, МФТИ, периодика, сверхпроводники

Опубликовал(а):  Палии Наталия Алексеевна

15 октября 2015

Физики из Франции и России обнаружили, что магнитные атомы в двумерном слое сверхпроводника создают возмущения, которые выглядят как осциллирующие «нанозвезды». «Созвездия» таких возмущений можно будет использовать в квантовой электронике. Результаты исследования опубликованы в престижном научном журнале Nature Physics (от ред. статья Gerbold C. Ménard, Sébastien Guissart, Christophe Brun, Stéphane Pons, Vasily S. Stolyarov, François Debontridder, Matthieu V. Leclerc, Etienne Janod, Laurent Cario, Dimitri Roditchev, Pascal Simon & Tristan Cren Coherent long-range magnetic bound states in a superconductor. doi:10.1038/nphys3508)

Дмитрий Родичев из Высшей школы промышленной физики и химии Парижа, Василий Столяров из Лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ, Жербо Менар и Тристан Крен из Института нанонауки при университете Сорбонны вместе с коллегами исследовали появление вокруг одиночных магнитных атомов, встроенных в двумерный слой сверхпроводника, так называемых состояний Ю-Шиба-Русинова, теоретически предсказанных в 1960-х годах, но до сих пор экспериментально не подтвержденных. Оказалось, что в двумерных системах магнитное возмущение распространяется на большее расстояние, а возникающие состояния более устойчивы, что делает их более пригодными для создания электроники нового поколения.



nanostar_1.jpg

«Мы показали, что переход от трех измерений к двум приводит к увеличению дальностираспространения состояний Ю-Шиба-Русинова. Эти звездыболее 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 соавтор исследования, руководитель лаборатории топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах МФТИ Василий Столяров.
Для исследований использовалась кристаллическая решетка диселенида ниобия толщиной два-три атома. С помощью сверхнизкотемпературного сканирующего туннельного микроскопа, построенного Родичевым, ученые впервые увидели возбужденные состояния Ю-Шиба-Русинова вокруг единичных магнитных атомов железа. Оказалось, что в этих двумерных сверхпроводниках состояния простираются на десятки нанометров, то есть в десять раз дальше, чем в «обычных» трехмерных сверхпроводниках. При этом возмущенная область имела форму шестиконечной электронной «звезды», лучи которой были вытянуты вдоль осей кристаллической решетки диселенида ниобия.

Эксперименты, описанные в статье, проводились в Париже. В настоящее время в лаборатории «Топологические квантовые явления в сверхпроводящих системах» МФТИ создаются экспериментальные установки для получения результатов столь же высокого класса. Основная цель этой лаборатории, созданной в 2014 году на средства мегагранта, выигранного профессором нидерландского университета Твенте Александром Голубовым, исследования квантовых свойств новых сверхпроводниковых и топологически защищенных материалов, а также гибридных искусственных систем на их основе.
Оснащение лаборатории идет в тесном сотрудничестве с группами Родичева и Крена, планируется, что возможности трех лабораторий будут дополнять друг друга.

Состояния Ю-Шиба-Русинова были предсказаны во второй половине 1960-х годов тремя физиками из Китая, СССР и Японии независимо друг от друга. Ученые предположили, что магнитные атомы, добавленные в сверхпроводник, должны создавать вокруг себя особые возбужденные состояния стоячие волны электронных и дырочных колебаний, названные в часть первооткрывателей. 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.


nanostar_3.jpg

Последние 20 лет ученые пытаются создать квантовые системы, которые могут превзойти классические компьютеры на базе полупроводников, чей потенциал развития уже почти исчерпан. Сейчас изучается целый ряд систем-«кандидатов», на базе которых можно создать компоненты квантового компьютера. Главная проблема, которая препятствует созданию таких вычислительных машин, высокая чувствительность наномира к внешним воздействиям, которые разрушают квантовые состояния. Одно из перспективных направлений использование топологически защищенных электронных состояний, устойчивых к декогеренции. Почти идеальным кандидатом здесь могут быть неабелевы анионы, которые представляют собой не отрицательные ионы, а особые возбуждения в двумерных квантовых системах в присутствии магнитного поля. Теория предсказывает, что такие неабелевы анионы могут появляться в двумерной «жидкости» из электронов в сверхпроводнике под воздействием локального магнитного поля. Электронная жидкость при этом становится вырожденной, то есть электроны могут иметь разные состояния при одном и том же уровне энергии. На суперпозицию нескольких анионов нельзя воздействовать, не перемещая их, поэтому она идеально защищена от возмущений.
Больше иллюстраций можно найти здесь.


Источник: Nature Physics, МФТИ



Комментарии
Палии Наталия Алексеевна, 15 октября 2015 17:57 

Для того чтобы оставить комментарий или оценить данную публикацию Вам необходимо войти на сайт под своим логином и паролем. Зарегистрироваться можно здесь

 

Изображения металлического фотонного кристалла
Изображения металлического фотонного кристалла

Отборочный этап конкурса детских инженерных команд «Кванториада 2020»
С 20 ноября по 24 декабря проводится международный конкурс детских инженерных команд «Кванториада 2020».

Технологическое образование школьников для новой технологической эпохи
Самарский филиал Российской академии народного хозяйства и государственной службы (РАНХиГС) вместе с Фондом инфраструктурных и образовательных программ (ФИОП) провели 2–3 ноября 2020 году Международную научно-практическую конференцию «Технологическое образование школьников для новой технологической эпохи».

Нанотехнологии ужасные и могучие
В том, что касается осмысления новых технологий, научная фантастика отчетливо напоминает жертву БАР — очень модного сейчас биполярного аффективного расстройства. Писатели мечутся между двумя крайними состояниями, двумя полюсами: преувеличенным дофаминовым восторгом и тревожной депрессией, беспросветным ужасом перед грядущим. Чем больше ожиданий от технологии, тем глубже раскол, сильнее поляризация, реже «светлые промежутки» — и последние полвека нанотехнологии определенно входят в приоритетный список.

Зоологический подход и искусственное обоняние
Пресс-служба МГУ
Ученые химического факультета и НИИЯФ МГУ имени М.В. Ломоносова сумели повысить способность искусственного обоняния идентифицировать близкие по химическим свойствам газы - метан и пропан. Ключом к успеху стал подход к обработке данных химических сенсоров, ранее применявшийся для анализа эволюционного родства животных, ископаемых видов, а также предков человека.

Зоопарк в багаже нанотехнолога
Гудилин Е.А.
Серебро в форме наночастиц - это целый мир, их форма и размер, а также то, как они вместе сосуществуют, играют очень большую роль в области их практического применения. И до сих пор это огромное разнообразие важно, и до сих пор оно оправдывает себя, и это редкий пример, когда именно наночастицы, а не только консолидированные наноматериалы и наноструктуры нужны для практики.

Универсальная система анализа метаболитов
Пресс-служба МГУ
Сотрудники химического факультета МГУ разработали аналитическую схему, позволяющую по химическим «отпечаткам пальцев» делать заключения о протекающих в организме процессах. Схема пригодится и врачам, и фармакологам, и экологам, и даже пищевикам.

Технопредпринимательство в эпоху COVID-19

Небольшой опрос о том, как изменились подходы современного предпринимательства в контексте новых и возникающих форм ведения бизнеса, онлайн образования, дистанционных форм взаимодействия и коворкинга в эпоху пандемии COVID - 19.

Технонано

Технопредпринимательство - идея, которая принесет свои плоды при бережном культивировании и взращивании. И наша наноолимпиада, и Наноград от Школьной Лиги РОСНАНО, и проект Стемфорд, и другие замечательные инициативы - важные шаги на пути реализации этой и других идей, связанных с развитием новых высоких технологий в нашей стране и привлечением молодых талантов в эту вполне стратегическую область. Ниже приведен небольшой опрос, который позволит и нам, и вам понять, а что все же значит этот модный термин, и какова его суть.

Технопредпринимательство на марше

Мы традиционно просим вас высказать свои краткие суждения по вопросу технопредпринимательства и проектной деятельности школьников. Для нас очевидно, что под технопредпринимательством и под проектной деятельностью школьников каждый понимает свое, но нам интересно ваше мнение, заодно вы сможете увидеть по мере прохождения опроса, насколько оно совпадает или отличается от мнения остальных. Ждем ваших ответов!



 
Сайт создан в 2006 году совместными усилиями группы сотрудников и выпускников ФНМ МГУ.
Сайт модернизирован для ресурсной поддержки проектной деятельности учащихся в рамках ГК 16.647.12.2059 (МОН РФ)
Частичное или полное копирование материалов сайта возможно. Но прежде чем это делать ознакомьтесь с инструкцией.