Issledovateli iz Instituta teoreticheskoi fiziki (ITF) imeni L.D. Landau obnaruzhili oblast’ parametrov, v kotoroi sverkhprovodniki iz «plokhikh» metallov rabotayut s minimal’nymi poteryami. Razrabotka prigoditsya dlya sozdaniya zashchishchennykh ot pomekh kubitov – klyuchevykh elementov kvantovogo komp’yutera. O svoei rabote avtory rasskazali na Zimnei shkole-konferentsii, prokhodivshei v ITF. Preprint raboty mozhno naiti tut.
Uchenye issledovali sverkhprovodniki, sdelannye iz «plokhikh» metallov – ikh nazyvayut neuporyadochennymi sverkhprovodnikami. V otlichie ot «khoroshikh» metallov s pochti ideal’noi kristallicheskoi reshetkoi, v takikh veshchestvakh reshetka ochen’ sil’no narushena. Chem bol’she neuporyadochennost’, tem vyshe soprotivlenie veshchestva i tem khuzhe ono provodit elektricheskii tok. Obychno pri okhlazhdenii provodyashchie svoistva metallov uluchshayutsya, to est’ ikh soprotivlenie padaet. Odnako sil’no neuporyadochennye «plokhie» metally vedut sebya netipichno: chem nizhe temperatura, tem ikh soprotivlenie bol’she. No posle dostizheniya nekoego kriticheskogo znacheniya soprotivlenie takikh «plokhikh» metallov nachinaet rezko padat’ i veshchestvo perekhodit v sverkhprovodnik.
Fiziki govoryat, chto u podobnykh sverkhprovodnikov ochen’ malen’kaya plotnost’ sverkhprovodyashchikh elementov. Eta velichina obratna induktivnosti – svoeobraznoi elektricheskoi «inertsii», kotoraya opredelyaet, naskol’ko budet silen magnitnyi potok, sozdavaemyi protekayushchim v sisteme elektricheskim tokom. Sverkhprovodniki s ochen’ bol’shoi induktivnost’yu – neobkhodimyi element sverkhprovodyashchei elektroniki. S ikh pomoshch’yu predpolagaetsya, naprimer, sozdat’ metrologicheskii standart toka – po analogii so standartom napryazheniya*. Krome togo, takie elementy prigodyatsya v konstruirovanii zashchishchennykh ot vsevozmozhnykh shumov kubitov – klyuchevykh elementov kvantovogo komp’yutera. Chtoby kvantovyi komp’yuter effektivno rabotal, vazhno, chtoby kubity ostavalis’ v sostoyanii tak nazyvaemoi kvantovoi zaputannosti. Odnako iz-za razlichnykh pomekh, kotorye neizbezhno voznikayut v ustroistve, eto sostoyanie ochen’ bystro razrushaetsya. Sverkhprovodyashchie elementy s vysokoi induktivnost’yu pomogut snizit’ veroyatnost’ togo, chto zaputannost’ budet razrushat’sya.
No chtoby ispol’zovat’ takie elementy dlya razrabotki sverkhprovodyashchei elektroniki, neobkhodimo, chtoby v sverkhprovodyashchem elemente s bol’shoi induktivnost’yu ne bylo aktivnogo soprotivleniya – to est’ poter’ energii pri protekanii toka. «Dlya etogo neobkhodimo, chtoby v sverkhprovodnike ne bylo vnutrennikh kolebanii (ostsillyatorov), kotorye mogut vozbuzhdat’sya na otnositel’no nizkikh – poryadka gigagerts – chastotakh. Eto imenno tot diapazon, kotoryi interesen dlya prakticheskogo primeneniya. Esli v sverkhprovodyashchem sostoyanii u materiala est’ takie kolebatel’nye mody, to pri prilozhenii izlucheniya v nem budut vozbuzhdat’sya kolebaniya, chto neizbezhno privedet k poteryam», – ob’yasnyaet odin iz uchastnikov issledovaniya zaveduyushchii sektorom kvantovoi mezoskopii ITF imeni L.D. Landau professor Mikhail Feigel’man.
S uvelicheniem stepeni besporyadka v sverkhprovodnike kolichestvo nizkochastotnykh ostsillyatorov, «opasnykh» poyavleniem energeticheskikh poter’, uvelichivaetsya. Feigel’man i ego kollega Lev Ioffe, sotrudnik ITF imeni L.D. Landau i rukovoditel’ Mezhdunarodnoi laboratorii fiziki kondensirovannogo sostoyaniya Vysshei shkoly ekonomiki rasschitali, do kakoi stepeni mozhno uvelichivat’ neuporyadochennost’ provodnika, chtoby dobit’sya bol’shei induktivnosti i odnovremenno ne teryat’ zametnoi doli energii na vozbuzhdennykh kolebaniyakh. «Nam udalos’ vyyasnit’, gde nado ostanovit’sya po mere uvelicheniya soprotivleniya «plokhogo» sverkhprovodnika, chtoby induktivnost’ poluchalas’ dostatochno bol’shoi, a poteri eshche ne voznikli, – rasskazyvaet Feigel’man. – Nasha rabota pokazyvaet, chto sushchestvuet fundamental’nyi predel, kotoryi ogranichivaet vozmozhnost’ poluchat’ sverkhbol’shie induktivnosti». V budushchem raschety fizikov pomogut sozdat’ obladayushchie bol’shoi induktivnost’yu materialy iz neuporyadochennykh sverkhprovodnikov dlya ispol’zovaniya v sverkhprovodyashchei elektronike.
* Standart napryazheniya sozdan na osnove dzhozefsonovskogo kontakta – dvukh sloev sverkhprovodnika, razdelennykh nanometrovym sloem izolyatora. V 1962 godu britanskii fizik Braian Dzhozefson predskazal, chto v takoi konstruktsii v izolyatore vozniknet sverkhprovodyashchii tok. On poyavlyaetsya blagodarya vozniknoveniyu kuperovskikh par elektronov, kotorye tunneliruyut skvoz’ bar’er – to est’ preodolevayut ego, nesmotrya na to, chto, po zakonam klassicheskoi mekhaniki, ikh kineticheskoi energii dlya etogo nedostatochno. Tunnelirovanie imeet kvantovuyu prirodu, i zakony kvantovoi mekhaniki razreshayut podobnye protsessy.
«Zimnyaya shkola-konferentsiya po lokalizatsii, vzaimodeistviyam i sverkhprovodimosti» prokhodila v ITF imeni L.D. Landau pri podderzhke granta Rossiiskogo Nauchnogo Fonda.
Dogovorit’sya ob interv’yu s uchenymi, kommentariyakh i zaprosit’ dopolnitel’nuyu informatsiyu mozhno po adresu: press@itp.ac.ru