Unutar superprovodnika mogu se pojaviti mali tornadi elektrona, poznati kao kvantni vrtlozi, koji imaju važne implikacije u supravodljivim aplikacijama kao što su kvantni senzori. Sada je pronađena nova vrsta superprovodnog vrtloga, izvještava međunarodni tim istraživača.
Egor Babaev, profesor na KTH Kraljevskom tehnološkom institutu u Stokholmu, kaže da studija revidira preovlađujuće shvatanje o tome kako se elektronski protok može pojaviti u supravodnicima, na osnovu rada o kvantnim vrtlozima koji je priznat na dodeli Nobelove nagrade 2003. godine. Istraživači sa KTH, zajedno sa istraživačima sa Univerziteta Stanford, TD Lee Institute u Šangaju i AIST u Tsukubi, otkrili su da se magnetni fluks koji stvaraju vrtlozi u superprovodniku može podeliti na širi opseg vrednosti nego što se mislilo.
To predstavlja novi uvid u osnove supravodljivosti, a potencijalno se može primeniti i u supravodljivoj elektronici.
Vrtlog magnetnog fluksa se dešava kada se spoljašnje magnetno polje primeni na superprovodnik. Magnetno polje prodire u superprovodnik u obliku kvantizovanih cevi magnetnog fluksa koje formiraju vrtloge. Babaev kaže da je prvobitno istraživanje smatralo da kvantni vrtlozi prolaze kroz superprovodnike koji nose po jedan kvant magnetnog fluksa. Ali proizvoljni delovi kvantnog fluksa nisu bili mogućnost koja je bila predstavljena u ranijim teorijama supravodljivosti.
Koristeći superprovodni kvantni interferentni uređaj (SKUID) na Univerzitetu Stanford, koautori Babaeva, naučnik Jusuke Iguči i profesorka Ketrin A. Moler, pokazali su na mikroskopskom nivou da kvantni vrtlozi mogu postojati u jednom elektronskom pojasu. Tim je bio u stanju da stvori i kreće oko ovih frakcionih kvantnih vrtloga, kaže Moler.
„Profesor Babaev mi je godinama govorio da bismo mogli da vidimo ovako nešto, ali nisam verovala sve dok to nije videla dr Iguči i izvršila niz detaljnih provera“, kaže ona.
Istraživači sa Stanforda su otkrili da je početno posmatranje ovog fenomena „tako neverovatno neuobičajeno“, kaže Iguči, da su ponovili eksperiment 75 puta na različitim lokacijama i temperaturama.
Rad potvrđuje predviđanje koje je Babaev objavio pre 20 godina, u kojem se tvrdilo da u određenim vrstama kristala jedan deo elektronske populacije supravodljivog materijala može da formira vrtlog koji cirkuliše u smeru kazaljke na satu, dok drugi elektroni mogu istovremeno da formiraju vrtlog u smeru suprotnom od kazaljke na satu. „Ova kombinovana kvantna tornada mogu nositi proizvoljan deo kvantnog fluksa“, kaže on.
„To revidira naše razumevanje kvantnih vrtloga u superprovodnicima“, kaže on.
Moler je potvrdio taj zaključak. „Gledala sam vrtloge u novim superprovodnicima više od 25 godina, a ovo nikada ranije nisam videla“, kaže ona.
Babaev kaže da robusnost kvantnih vrtloga i mogućnost njihove kontrole sugeriše da bi kvantni vrtlozi potencijalno mogli da se koriste kao nosioci informacija u superprovodnim računarima.
„Znanje koje stičemo, spektakularne metode koje su predstavile naše kolege dr Iguči i profesor Moler sa Stanforda, mogu dugoročno biti od pomoći za određene platforme za kvantno računanje“, kaže Babaev.
Studija je objavljena u časopisu Science.
