Международная группа ученых разработала метод 3D-нанопечати для создания сверхпроводящих структур, которые можно «включать» и «выключать» магнитным полем. Это открытие может привести к созданию нового поколения адаптивных квантовых устройств, включая сверхчувствительные датчики и нейроморфные процессоры.
Переход от двумерных структур к трехмерным кардинально меняет свойства материалов. Если свернуть лист бумаги в самолетик или скрутить проволоку в спираль, его механические характеристики изменятся. То же происходит и в наномасштабе — при размерах в тысячу раз меньше человеческого волоса. В трехмерных наноструктурах можно нарушать симметрию материала, создавать искривленные и связанные каналы, а также управлять квантовыми свойствами, такими как сверхпроводимость.
Однако до сих пор не существовало методов, позволяющих точно создавать сложные 3D-наноструктуры в сверхпроводящих материалах.
Ученые из Института химической физики твердого тела Общества Макса Планка (Германия) совместно с коллегами из Австрии разработали аналог ЗD-нанопринтера для сверхпроводников. С его помощью они создали мостовидную наноструктуру, в которой смогли локально управлять сверхпроводимостью — «выключать» ее в определенных участках. Они также наблюдали движение сверхпроводящих вихрей — наноразмерных дефектов, возникающих в сверхпроводящем состоянии. Удивительно, но сверхпроводимость можно было переключать, просто вращая структуру в магнитном поле.
Мы смогли создать «перенастраиваемое» сверхпроводящее устройство!
Обычно для управления сверхпроводимостью требуется заранее проектировать структуры (например, тонкие пленки), где состояния фиксированы. Новый метод позволяет динамически переключать сверхпроводящие участки, что открывает путь к адаптивным компонентам для квантовых компьютеров, сложной сверхпроводящей логике и нейроморфным архитектурам, имитирующим работу мозга.
Исследование закладывает основу для разработки сверхчувствительных датчиков магнитного поля, энергоэффективных квантовых процессоров и устройств с программируемой сверхпроводимостью.
