Зарегистрирован нетрадиционный эффект Джозефсона

 

В контакте, изготовленном авторами работы, роль «слабого звена» сыграл необычный материал – селенид висмута Bi2Se3. Его относят к так называемым топологическим изоляторам (ТИ), в объёме которых существует запрещённая зона, а на поверхности – металлическое состояние, гораздо более устойчивое, чем поверхностные электронные состояния в традиционных диэлектриках. ТИ имеют много общего с графеном: электроны в обоих видах материалов могут вести себя как безмассовые частицы и характеризуются линейной зависимостью энергии от импульса.

Выбор Bi2Se3 объясняется тем, что джозефсоновские контакты с ТИ, согласно предсказаниям теоретиков, могут поддерживать электронные возбуждения, которые ведут себя подобно майорановским фермионам. «Реальные» фермионы этого типа, рассмотренные Этторе Майораной более семидесяти лет назад, должны быть элементарными частицами, тождественными своим античастицам.

Отыскать примеры таких частиц (скажем, доказать, что нейтрино имеет майорановскую природу) пока не удаётся, а потому специалисты и проявляют интерес к модельным твердотельным системам, в которых могут появляться майорановские моды.

Вычисления показывают, что в контакте Джозефсона «майорановские фермионы» организуются в одномерный «провод» между сверхпроводящими выводами, обозначенный стрелками на рисунке ниже. Зная об этом, экспериментаторы пытались обнаружить какие-нибудь странности в поведении контактов с ТИ, но ничего определённого до сих пор не находили.

Рис. 1. Схема джозефсоновского контакта с ТИ (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Американцы, напротив, наблюдали нестандартный эффект Джозефсона, отличающийся от типового как минимум по двум параметрам. Первым из них стало произведение ICRN, где IC — критический ток, максимальная величина постоянного тока, при протекании которого сверхпроводники не переходят в нормальное (несверхпроводящее) состояние, а RN — сопротивление в нормальном состоянии. Значение ICRN не должно сильно отходить от Δ/e (отношения ширины сверхпроводящей щели двух выводов в контакте Δ к заряду электрона e) и зависеть от геометрии устройства.

Вторым параметром оказался характерный колебательный отклик критического тока на включение магнитного поля, приложенного перпендикулярно. Определённый набор значений индукции поля должен обращать IC в ноль.

Для опытов учёные подготовили несколько джозефсоновских контактов с длиной L, которая варьировалась от 20 до 80 нм, и шириной W, изменявшейся от 0,5 до 3,2 мкм. На графике ниже показаны результаты измерений — зависимость напряжения от приложенного постоянного тока — для устройства с (L, W) = (45 нм, 1 мкм) при температуре в 12 мК. Когда магнитное поле отсутствует, мы можем наблюдать обычную работу джозефсоновского контакта: если ток уступает IC = 850 нА, напряжение равно нулю, а через устройство протекает сверхпроводящий ток. При включении магнитного поля величина IC уменьшается, и в тот момент, когда индукция достигает 10 мТл, выводы переходят в нормальное состояние, а кривая на графике превращается в прямую.

Рис. 2. Работа джозефсоновского контакта (иллюстрация из журнала Physical Review Letters).

Объединение этих результатов с измерением RN, однако, дало совсем небольшое значение ICRN (30,6 мкВ), на порядок отличавшееся от расчётного. Другие контакты с ТИ вели себя примерно так же; кроме того, при сравнении данных авторы обнаружили явную зависимость ICRN от W.

Первый минимум IC в экспериментах также приходился на меньшую индукцию поля, чем можно было ожидать, глядя на площадь контактов.

По словам физиков, опубликовавших отчёт об экспериментах в журнале Physical Review Letters, объяснить все эти странности может только модель, которая учитывает майорановские состояния.

Новая работа, таким образом, подтверждает выводы голландской группы, изучавшей гибридные устройства с полу- и сверхпроводящими элементами. Весной этого года голландцы также сообщали о появлении «майорановских фермионов».

Источник(и):

1. Американское физическое общество

2. compulenta.ru

Регіони

Vinnytsya Lutsk Dniepropetrivsk Donetsk Zhytomyr Uzhgorod Zaporizhzhya Ivanofrankivsk Kyivska Kyrovograd Crimea Lugansk Lviv Mykolaiv Odessa Poltava Rivne Sumy Ternopil Kharkiv Kherson Khmelnytsky Cherkasy Chernigiv Chernivtsi
Київ

Публікації

April 2025
Mo Tu We Th Fr Sa Su
31 1 2 3 4 5 6
7 8 9 10 11 12 13
14 15 16 17 18 19 20
21 22 23 24 25 26 27
28 29 30 1 2 3 4

 

Випадкова стаття

  • 1
  • 2
  • 3

журнал НАУКА СЬОГОДНІ №27-28 (2012)

30-07-2012 Олена - avatar Олена

журнал НАУКА СЬОГОДНІ №27-28 (2012)

Наука сьогодні №27-28 (2012) скачати Видання «Наука сьогодні». Періодичність: двічі на місяць. Метою журналу є забезпечення оперативною інформацією про події, здобутки, досягнення у сфері фундаментальних і прикладних наук, високих технологій як управлінських...

V Міжнародний молодіжний науковий форум …

03-12-2015 Олена - avatar Олена

V Міжнародний молодіжний науковий форум «Litteris et Artibus» зібрав молодих вчених України, Польщі та Швеції

Наприкінці минулого тижня до Національного університету «Львівська політехніка» з’їхалися молоді вчені з усієї України та з-за кордону, щоб взяти участь у V Міжнародному молодіжному науковому форумі «Litteris et Artibus». Для...

Вчені вперше підгледіли за котом Шредінг…

02-08-2014 Anna - avatar Anna

Вчені вперше підгледіли за котом Шредінгера

     Американським ученим вперше вдалося простежити безперервну еволюцію в часі квантової системи при її переході з одного стану в інший. Фактично в своєму новому дослідженні фахівцям вдалося простежити за...