Nowe badanie pokazuje stworzenie trójwymiarowych nadprzewodzących nanostruktur, podobnie jak drukarka nano 3D, umożliwiając lokalną kontrolę stanu nadprzewodniczego. Nanostruktury nadprzewodnicze można włączać i wyłączać, obracając je w polu magnetycznym.
Przeniesienie z dwóch do trzech wymiarów może mieć znaczący wpływ na zachowanie systemu, niezależnie od tego, czy składa arkusz papieru w papierowy samolot, czy skręca drut w sprężynę spiralną. W nanoskali, tysiąc razy mniejsze niż ludzkie włosy, zbliża się do podstawowych skal długości, na przykład materiałów kwantowych. Przy tych długościach wzorca nanogeometrii może prowadzić do zmian samych właściwości materiału – a gdy przechodzi się do trzech wymiarów, pojawiają się nowe sposoby dostosowywania funkcji, poprzez rozbicie symetrii, wprowadzenie krzywicy i tworzenia połączonych kanałów.
Pomimo tych ekscytujących perspektyw pozostaje jedno z głównych wyzwań: jak zrealizować tak złożone geometrie 3D, w nanoskali, w materiałach kwantowych? W nowym badaniu międzynarodowy zespół prowadzony przez naukowców z Max Planck Institute for Chemical Physics of Solids stworzył trójwymiarowe nadprzewodzące nanostruktury przy użyciu techniki podobnej do drukarki Nano-3D. Osiągnęli lokalną kontrolę nad stanem nadprzewodzącym w nadprzewodniku podobnym do mostu 3D, a nawet mogli wykazać ruch nadprzewodzących wirów-defekty nanoskali w stanie nadprzewodniczącym-w trzech wymiarach. Prace zostały opublikowane w czasopiśmie Advanced Funkcjonalne Materiały.
Superprzewodnicy to materiały, które są znane z ich zdolności do wykazywania zerowej rezystancji elektrycznej i wydalenia pól magnetycznych. To uderzające zachowanie wynika z tworzenia tak zwanych par Cooper: związanych par elektronów, które poruszają się spójnie przez materiał bez rozpraszania.
„Jednym z głównych wyzwań jest uzyskanie kontroli nad tym stanem nadprzewodzącym w nanoskali, co jest kluczowe dla eksploracji nowych efektów i przyszłego rozwoju urządzeń technologicznych”, wyjaśnia Elinę Zhakinę, badacz postdoctoral w MPI-CPFS i pierwszy autor badania.
Podczas wzornictwa nadprzewodników w nanogeometriach 3D międzynarodowy zespół, angażujący badaczy z Niemiec (MPI CPF, IFW) i Austria (Tu Wien, University of Vienna), był w stanie lokalnie kontrolować stan nadprzewodowy – tj. Wyłączanie „nadprzewodnictwa w różnych częściach nanostruktury. To współistnienie stanów nadprzewodzących i „normalnych” może prowadzić do efektów mechanicznych kwantowych, takich jak tak zwane słabe linki, zastosowane na przykład do ultra-wrażliwego wykrywania. Jednak do tej pory taka kontrola zazwyczaj wymagała projektowania struktur, na przykład w płaskich cienkich warstwach, w których współistnienie stanów jest z góry określone.
„Stwierdziliśmy, że możliwe jest włączenie i wyłączenie stanu nadprzewodzącego w różnych częściach trójwymiarowej nanostruktury, po prostu poprzez obracanie struktury w polu magnetycznym”, powiedziała Claire Donnelly, lider grupy Lise Meitner w MPI-CPFS i ostatni autor prac. „W ten sposób udało nam się zrealizować„ rekonfigurowalne ”urządzenie nadprzewodnicze!.
Ta realizacja funkcjonalności rekonfigurowalnej oferuje nową platformę do budowania adaptacyjnych lub wielofunkcyjnych komponentów nadprzewodnictwa. To, wraz z możliwością propagowania wad stanu nadprzewodzącego, otwiera drzwi do złożonego nadprzewodzącego logiki i architektur neuromorficznych, przygotowując scenę nowej generacji rekonfigurowalnych technologii nadprzewodnictwa.