Учёные университета г. Тюбинген, работающие в тесном контакте с коллегами из Тель-Авивского университета и университета г. Киль высказали гипотезу о существовании нового типа сверхпроводящих элементов – джозефсоновских «фи»-переходов (?-Josephson junction) и экспериментально доказали свою гипотезу.
Джозефсоновский переход – это квантовомеханический объект, состоящий из двух сверхпроводников, разделённых очень тонким (около 2 нм) барьером. Несмотря на барьер благодаря законам квантовой механики электроны разделённых сверхпроводников «ощущают» присутствие друг друга и «синхронизируют» своё поведение, образуя т.н. когерентные пары. Подобная квантовомеханическая когерентность на макроскопическом уровне позволяет использовать джозефсоновские переходы в качестве весьма чувствительных датчиков магнитных полей. Эту возможность можно использовать при создании медицинского диагностического томографического оборудования или при создании масштабируемых квантовых компьютеров.
В обычных джозефсоновских переходах синхронизация движения электронов происходит «в фазе», т.е. без фазового сдвига. Недавно продемонстрирована возможность построения джозефсоновских переходов, в которых электроны синхронизируются в противофазе, с фазовым сдвигом, равным ?. Эти структуры получили наименование джозефсоновских ?-переходов
Комбинируя свойства обычных и ?-джозефсоновских переходов учёные из Тюбингена, Тель-Авива и Киля предположили возможность создания джозефсоновского перехода с произвольным фазовым сдвигом между двумя электронами в разных сверхпроводниках и продемонстрировали справедливость своей гипотезы на практике. Величиной фазового сдвига можно управлять. Подобные джозефсоновские переходы с сохраняемым заранее заданным фазовым сдвигом могут использоваться для создания устройств, сохраняющих фазовый сдвиг между двумя сверхпроводящими электродами.
«Можно рассматривать «фи»-переходы как своеобразную батарейку, выдающую между своими контактами фиксированный фазовый сдвиг (обычная батарейка формирует постоянную разность потенциалов) для сверхпроводниковой электронной цепи. Но в отличие от обычной батарейки «фазовая батарея» никогда не «разрядится». Ведь её работа основана на сверхпроводящем токе, не подверженным диссипации». Такая оригинальная аналогия предложена проф. Романом Минцем из Тель-Авивского университета, соавтора идеи.
Исследователи также установили, что джозефсоновский «фи»-переход может иметь два состояния, «синхронизируя» сверхпроводники с фазовым сдвигами, имеющими положительное или отрицательное значение. Т.е. он является бистабильной системой или, в перспективе, квантовой реализацией состояния бита [вычислительной системы]. В экспериментах, проводимых при температуре 300мK (-273°C), было продемонстрировано существование таких двух состояний. Исследователи смогли экспериментально определить, в каком именно состоянии находится переход, и смогли «переключить» переход в желаемое состояние с положительным или отрицательным фазовым сдвигом. Величиной фазового сдвига можно управлять за счёт выбора параметров образца, например, толщины плёнки. До описываемых экспериментов учёные вообще не предполагали, что основные состояния джозефсоновских переходов можно модифицировать.
Научные коллективы, вовлечённые в проект, с большим оптимизмом оценивают важность полученных результатов и намерены более детально изучить свойства «фи»-переходов в «стенах» объединённого исследовательского центра Collaborative Research Center SFB/TRR-21.
Комментарии