Открытие механизма повышения стойкости сверхпроводников к магнитным полям

Известно, что легко разрушается сильными магнитными полями. NIMS, Университет Осаки и Университет Хоккайдо совместно обнаружили, что с толщиной в атомном масштабе может сохранять свою сверхпроводимость даже при приложении к нему сильного магнитного поля. Команда также определила новый механизм этого явления. Эти результаты могут способствовать разработке сверхпроводящих материалов, устойчивых к магнитным полям, и топологических сверхпроводников, состоящих из сверхпроводящих и магнитных материалов.


Сверхпроводимость используется в различных технологиях, таких как магнитно-резонансная томография () и высокочувствительные магнитные и. В последние годы большое внимание привлекают топологические — особый тип сверхпроводников. Они способны сохранять квантовую информацию в течение длительного времени и могут использоваться в сочетании с магнитными материалами для формирования ов, которые могут позволить квантовым ам выполнять очень сложные вычисления. Однако сверхпроводимость легко разрушается сильными магнитными полями или магнитными материалами в непосредственной близости. Поэтому желательно разработать топологический сверхпроводящий материал, устойчивый к магнитным полям.

Исследовательская группа недавно изготовила кристаллические пленки индия, обычного сверхпроводящего материала, с толщиной в атомном масштабе. Затем команда открыла новый механизм, который предотвращает разрушение сверхпроводимости этих пленок сильным магнитным полем. Когда применяется к сверхпроводящему материалу, магнитное поле взаимодействует со спинами электронов. Это вызывает изменение электронной энергии материала и разрушает его сверхпроводимость. Однако, когда сверхпроводящий материал истончается до двумерного атомного слоя, спин и электронов в этом слое связаны, в результате чего спины электронов часто вращаются. Это компенсирует эффект изменений электронной энергии, индуцированных магнитным полем, и, таким образом, сохраняет сверхпроводимость. Этот механизм может увеличить критическое магнитное поле — максимальную напряженность магнитного поля, при превышении которой сверхпроводимость исчезает — до 16-20 , что примерно в три раза больше общепринятого теоретического значения. Ожидается, что он будет иметь широкий спектр применений, как это наблюдалось для обычного сверхпроводящего материала, и не требует ни специальных кристаллических структур, ни сильных электронных корреляций.

На основе этих результатов мы планируем разработать сверхпроводящие тонкие пленки, способные противостоять даже более сильным магнитным полям. Мы также намерены создать гибридное устройство, состоящее из сверхпроводящих и магнитных материалов, которое необходимо для разработки топологических сверхпроводников: жизненно важного компонента квантовых компьютеров следующего поколения.