Секрет сверхпроводимости графена обеспечит прорыв квантовых вычислений: детали

Впервые в мире исследователи Массачусетского технологического института (MIT) измерили сверхтекучую жесткость. Об этом пишет Interesting Engineering.

Это может помочь раскрыть его потенциал как сверхпроводящего материала, а также использовать его в качестве "строительного блока" для квантовых компьютеров в будущем.

Совсем недавно исследователи обнаружили, что если наложить друг на друга два листа графена под точным углом, материал приобретает скрученную структуру, но также — дополнительные свойства, такие как сверхпроводимость.

В новой структуре, известной как двухслойный графен "под углом", или сокращенно MATBG, электронные пары не отталкиваются друг от друга, как это обычно происходит в обычных материалах. Вместо этого они образуют сверхтекучую жидкость, что позволяет им свободно течь сквозь материал.

Насколько легко эти электронные пары текут, зависит от множества условий и в научном сообществе называется сверхтекучей жесткостью. Понимание свойств сверхтекучей жесткости MATBG может помочь ученым выяснить, почему материал ведет себя как сверхпроводник.

Для измерения сверхтекучей жесткости ученые помещают материал в микроволновый резонатор, где измеряются колебания электрического сигнала на микроволновых частотах. Когда сверхпроводящий материал помещается в это устройство, он изменяет резонансную частоту, связанную со сверхтекучей жесткостью. Однако устройство всегда использовалось для больших и толстых материалов. MATBG же микроскопически тонок.

Чтобы измерить его, исследователям пришлось прикрепить его к чрезвычайно деликатному материалу и установить контакт без потерь. Команда обратилась за помощью к Уиллу Оливеру из MIT, который работает над разработкой деликатных двумерных материалов для создания квантовых компьютеров в будущем.

Исследователи использовали алюминий, материал, который группа Оливера регулярно использовала в своих квантовых экспериментах, и материал, который использовался для изготовления резонаторного устройства. Они подключили алюминиевые провода к структуре MATBG, а затем соединили ее с резонатором.

После отправки микроволновых сигналов через резонатор команда измерила кинетическую индуктивность материала, которую можно преобразовать для получения значений сверхтекучей жесткости. Удивительно, но исследователи обнаружили, что значение было намного больше, чем предсказывалось.

Исследователи связывают это с квантовой геометрией материала. Результаты открывают путь к использованию материала для создания квантовых компьютеров в будущем.