Новое слово в квантовых материалах: 3D-печать для сверхпроводящих наноструктур

Сверхпроводники — это материалы, которые способны демонстрировать нулевое электрическое сопротивление и вытеснять магнитные поля. Столь необычное поведение обусловлено образованием так называемых куперовских пар: связанных пар электронов, которые когерентно движутся через материал без рассеивания.

Уникальные свойства делают сверхпроводники бесценными для создания мощных магнитных и электронных устройств. Однако добиться контроля над этим состоянием на наноуровне — особенно в сложных трехмерных структурах — долгое время оставалось сложной задачей. Международная группа специалистов под руководством ученых из Института химической физики твердого тела Макса Планка научилась буквально «включать» и «выключать» сверхпроводимость в отдельных частях наноструктуры, просто вращая ее в магнитном поле.

Для этого ученые создали трехмерные сверхпроводящие наноструктуры, используя технику, похожую на нано-3D-принтер. Они достигли локального контроля сверхпроводящего состояния в трехмерном мостообразном сверхпроводнике и даже смогли продемонстрировать движение сверхпроводящих вихрей — наномасштабных дефектов в сверхпроводящем состоянии — в трех измерениях. Это дает возможность не только контролировать, но и использовать такие структуры в логических схемах и устройствах, имитирующих работу нейронных сетей. Ранее подобный контроль достигался лишь в плоских материалах с заранее заданной геометрией. Теперь же стало возможным управлять сверхпроводимостью гибко и динамично, используя саму пространственную конфигурацию объекта.

Один из ключевых результатов работы — возможность конфигурации сверхпроводящего состояния за счет поворота наноструктуры в магнитном поле. Это означает, что сверхпроводник можно «перепрограммировать» без необходимости в перестройке его физической структуры. Такое свойство делает возможным создание многофункциональных компонентов для квантовых вычислений, датчиков и других высокотехнологичных приложений.

Новое открытие открывает двери в совершенно новую область проектирования адаптивных квантовых устройств. Комбинируя сверхпроводимость с трехмерной наногеометрией, можно создавать системы, способные не только выполнять вычисления, но и менять свою внутреннюю архитектуру под задачи так же, как это делает человеческий мозг. У нас на глазах рождается новое поколение логических архитектур, построенных не на кремнии, а на фундаментальных квантовых принципах.

Ранее ученые выяснили, что сверхтонкий висмут исключительно перспективен для зеленой электроники будущего.