. 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.
