Ученые из МФТИ и Нидерландов открыли новый тип сверхпроводников

Ученые из России и Голландии выяснили, что один из экзотических "проводников-изоляторов", соединение висмута и сурьмы, одновременно является полуметаллом и сверхпроводником. Их выводы были представлены в журнале Nature Materials.
"Полученный нами результат станет, по мнению научного сообщества, первым шагом к реализации нового типа квантовых алгоритмов. Он должен ускорить проникновение топологических квантовых вычислений в технологии", — заявил Александр Голубов из Московского физтеха в Долгопрудном.

В последние годы физики из России и зарубежных стран активно изучают свойства так называемых топологических изоляторов – относительно нового класса материалов, которые проводят электрический ток только на поверхности, а внутри остаются диэлектриками или полупроводниками.

Подобные вещества привлекают физиков тем, что электроны в этом поверхностном слое ведут себя чрезвычайно стабильно, что позволяет использовать их в качестве сверхнадежного "хранилища" информации в квантовых компьютерах.

Как передает пресс-служба вуза, Голубов и его коллеги открыли еще более удивительные свойства у одного из подобных материалов, состоящего из атомов висмута и сурьмы, изучая то, как ведут себя электроны в его толще. 

Данное вещество, как давно подозревают ученые, относится не только к числу топологических изоляторов, но и так называемых "полуметаллов". Так физики называют не "промежуточные" элементы, находящиеся между металлами и окислителями в таблице Менделеева, а особые материалы, избирательно пропускающие электрический ток.

Приставка "полу" в их названии обусловлена тем, что они пропускают лишь те электроны, чей спин повернут или вверх, или вниз. По своей сути, они представляют собой трехмерные подобия топологических изоляторов, которые в теории можно использовать для создания квантовых компьютеров, полностью изолированных от окружающего мира.

Голубов и его команда подтвердили, что это действительно так, вставив пленку из сплава висмута и сурьмы в сверхпроводящее кольцо из ниобия и проследив за движением потоков электронов с разным спином внутри них в присутствии и при отсутствии внешних магнитных полей. Подобные опыты показали, что электроны были "изолированы" от окружающего мира на глубине даже в сотни нанометров.

Эти же эксперименты показали, что данный материал пропускает ток с нулевыми потерями, то есть является сверхпроводником, но при этом он "нарушает" законы квантовой механики, пропуская его лишь в одну сторону. Иными словами, пленки из висмута и сурьмы принадлежат к числу экзотических "топологических сверхпроводников".

"Здесь движение электронов возможно только в одну сторону. В обычном случае, электрон может двигаться и вправо и влево, потому что оба направления спина разрешены. Но когда мы один спин убрали, то электронам ничего не остается, как двигаться в одну сторону. Получается кажущееся нарушение принципа квантовой механики, поскольку при изменении фазы на 360 градусов электрон проходит только полпути, а полный период будет 720 градусов", — заключает физик.

Источник: РИА Новости