Новая разновидность сверхпроводимости обещает серьёзно продвинуть квантовые компьютеры

В норме сверхпроводимость и магнитные поля — соперники. Сильное магнитное поле просто разрушает сверхпроводящее состояние. И тем страннее открытие, сделанное европейскими физиками, которые показали, что как минимум для одного материала мощное магнитное поле способно включить новое состояние сверхпроводимости.

Группа физиков во главе с Михелем Канцельманом (Michel Kenzelmann) из Института Поля Шерера (Швейцария) выяснила, что у CeCoIn₅ есть два сверхпроводящих состояния. При приближении индукции магнитного поля к 12 Тл (что всего в 8 раз меньше рекордного показателя для земных установок и чуть меньше необходимого для начала левитации живого существа) в этом материале происходили важные структурные перестройки, когда к обычному сверхпроводящему состоянию добавлялось второе, ранее не изученное.

Михель Канцельман настраивает установку, использованную для управления сверхпроводимостью изменением ориентации магнитного поля. (Здесь и ниже фото Paul Scherrer Institute / Markus Fischer, Simon Gerber.)

В материале устанавливался антиферромагнитный порядок магнитных моментов атомов, который оказалось возможным зарегистрировать при помощи нейтронного обследования образца проводника. Если для CeCoIn₅ вне магнитного поля сверхпроводимость существовала благодаря обычному свободному движению куперовских пар электронов, то в новом виде сверхпроводимости магнитные моменты атомов («элементарные магнитики») внезапно начинали приобретать противоположную ориентацию. Следовательно, помимо d-волновой сверхпроводимости, там возникает p-волновая, подобная той, что имеет место для оксидов стронция и рутения.

«Наблюдавшееся состояние материала явилось для нас неожиданностью. Несомненно, это вызвано не одним лишь магнитным эффектом, — поясняет г-н Канцельман. — Это чёткое указание: в данном материале новое сверхпроводящее состояние возникает одновременно со спиновой волной плотности». Особой чертой найденной экзотической разновидности сверхпроводимости стала её тесная связь с магнитным порядком: по мере усиления внешнего магнитного поля новое состояние тоже развивается. Таким образом, просто контролируя внешнее магнитное поле, вы можете управлять и квантовым состоянием, ведущим к вновь открытому типу сверхпроводимости.

Симон Гербер и установка, с помощью которой было проведено нейтронное обследование образца сверхпроводника в мощных магнитных полях.

А это значит, что перед нами не только новый вид сверхпроводимости, причём довольно перспективный для сильных магнитных полей, но и (что куда важнее) потенциально новый метод контроля квантовых состояний для будущих квантовых компьютеров, заметно отличающийся от используемых сегодняшними разработками компании D-Wave. Причём управление здесь возможно не только самим включением магнитного поля, но и сменой его ориентации.

«Даже если этот материал и не пригодится из-за того, что работает лишь при низких температурах и сильных магнитных полях, наш эксперимент продемонстрировал собственно новый тип контроля [над квантовыми процессами]», — объясняет значимость открытия Симон Гербер (Simon Gerber), ведущий автор работы, посвящённой эксперименту.

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Nature Physics.

Подготовлено по материалам Института Поля Шерера.