Наноструктуры позволят применять сверхпроводимость в устройствах обработки информации

Схематическое изображение эксперимента. Атомно-силовой микроскоп варьирует критическую температуру сверхпроводника.

Разработка «строительных блоков» из сверхпроводящего материала в будущем может привести к созданию новых устройств обработки информации. Один из значимых шагов на пути к устройствам, эксплуатирующим сверхпроводимость, совсем недавно сделали ученые из Франции. В своей последней работе они показали, что сверхпроводимость в ультратонких слоях может быть в значительной степени подавлена при помощи электрической поляризации атомарного слоя, нанесенного на поверхность. Команде ученых также удалось подавить сверхпроводимость в массиве наноточек, не затрагивая материал, на котором они размещены, представив, таким образом, новый способ формирования сверхпроводящих цепей.

Нулевое сопротивление сверхпроводника проявляется при температуре ниже некого критического уровня. Для создания новых типов устройств, эксплуатирующих это свойство, ученым было необходимо найти способ манипулирования этой температурой перехода в отдельных цепях или даже в отдельных областях одной цепи.

Существует способ ослабить эффект («отключить» сверхпроводимость) даже при температуре ниже критического уровня за счет сокращения количества носителей заряда (электронов или положительно заряженных дырок, в зависимости от материала). И один из способов снижения концентрации носителей заряда – приложить к тонкому слою материала электрическое поле, которое будет отталкивать носители. Но с применением традиционных электродов и материалов этот эффект зачастую слишком мал, чтобы существенно корректировать критическое значение температуры для областей сверхпроводника.

Для получения более сильного эффекта ученые из CNRS/Thales Physics Lab (UMPhy) и University of Paris Sud 11 (Франция) обратились к электрическим полям, возникающим в сегнетоэлектрических материалах, в частности в феррите висмута (BFO). Этому материалу свойственна особо сильная поляризация, что приводит к более высоким значениям напряженности поля. Описание проведенного эксперимента было опубликовано в журнале Physical Review Letters.

В рамках исследований ученые вырастили наноструктуры из BFO на поверхности тонкого слоя высокотемпературного сверхпроводника оксид иттрий барий медь (yttrium barium copper oxide, YBCO) таким образом, чтобы атомы феррита висмута выстроились в соответствии с кристаллической решеткой сверхпроводника YBCO.

Для измерения воздействия BFO на сверхпроводник ученые подводили напряжение к острию атомно-силового микроскопа (АСМ) во время сканирования участка поверхности сегнетоэлектрика.

Известно, что поляризация феррита висмута совпадает с направлением приложенного электрического поля и сохраняется, даже когда поле выключено. Измерения показали, что

переключение поляризации с «притягивающей» носители заряда на «отталкивающую» приводит к снижению критической температуры перехода сверхпроводника на 30 градусов по шкале Кельвина.

Это гораздо большее изменение, чем было продемонстрировано на предыдущих экспериментах. Более того, при перемещении острия вдоль поверхности, ученые могли варьировать критическую температуру в различных областях для очень небольшого фрагмента поверхности.

Стоит отметить, что один из сотрудников University of Geneva (Швейцария) предложил идею разработки схем на основе сегнетоэлектриков более 10 лет назад. Однако на тот момент идея не была реализована на практике.

Источник(и):

1. physics.aps.org

2. sci-lib.com