Ilinojaus universiteto (JAV) tyrėjai aprašė pirmuosius įdomaus fizikinio reiškinio stebėjimus. Stebėtasis vyksmas pasireiškia, kuomet sujungiamos dvi labai gerai fizikams pažįstamos medžiagos: superlaidininkai ir grafenas.
Mokslininkų grupė, vadovaujama Ilinojaus universiteto fizikos profesorės Nadijos Meison (Nadya Mason), savo tyrimų rezultatus paskelbė prestižiniame „Nature Physics“ žurnale.
Kuomet įprastu laidininku, pavyzdžiui, metalu arba grafenu, ima tekėti elektros srovė, ją galima laikyti pavienių elektronų srautu, tuo tarpu superlaidininkuose vaizdas yra priešingas, mat čia elektronai medžiaga ima judėti poromis. Tačiau kai įprastas laidininkas yra įspraudžiamas tarp superlaidininkų, juo gali tekėti supersrovė.
Įprasti metalai gali perimti superlaidumo savybę, nes superlaidininke susiporavę elektronai metale ima sudaryti tam tikras specifines elektronų ir skylių poras, kurios yra vadinamos surištosiomis Andrejevo būsenomis (angl. Andreev bound states, ABS).
„Jeigu turite darinį, sukonstruotą iš dviejų superlaidininkų ir įprasto metalo, įsprausto tarp jų, tada dėl surištųjų būsenų superlaidumą galima tiesiog perkelti į viduryje esantį metalą – net jeigu šiame elektronai nesugeba sukurti porų, būtinų superlaidumui“, – aiškina N. Meison.
ABS būsenas labai sunku išmatuoti arba tiesiogiai stebėti. Tyrėjai gali nustatyti laidumą arba bendrą srovės didumą, tačiau nepajėgia nagrinėti atskirų ABS būsenų. Tai gerokai pristabdo bandymus perprasti fundamentalius fizikinius reiškinius, nulemiančius tokių būsenų egzistavimą.
Vis dėlto profesorės N. Meison vadovaujama mokslininkų grupė sugalvojo metodą, leidžiantį izoliuoti atskiras ABS būsenas, superlaidžius zondus sujungiant su mažyčiais, nanometrų dydžio grafeno gabaliukais, vadinamais kvantiniais taškais. Toks procesas kvantiniame taške įgalina ABS būsenas apriboti pavieniais (diskrečiais) energijos lygmenimis, o tai atriša rankas tyrėjams, mat šie nebeturi kliūčių išmatuoti atskiras superlaidžias ABS būsenas ir netgi valdyti jas.
„Iki pat mūsų tyrimų praktiškai nebuvo jokių galimybių suprasti fundamentalią fiziką, kuri aprašytų srovės tekėjimo mechanizmą, – pasakoja profesorė. – Pavienių surištųjų būsenų stebėjimas leidžia pakeisti vieną parametrą ir įvertinti sistemos atsaką. Taip galima susidaryti sisteminį viso proceso vaizdą. Be to, tai taip pat leidžia valdyti ABS būsenas ir panaudoti jas skirtingiems tikslams – tai, ko nebuvo galima padaryti anksčiau“.
Yra pasiūlymų superlaidžiąsias sandūras panaudoti kaip superlaidžiuosius tranzistorius arba kvantinių kompiuterių bitus, vadinamus kubitais. Geriau suprasdami ABS būsenų veikimo mechanizmą, mokslininkai tikisi superlaidžiuosius kvantinius grafeno taškus paversti kietosios būsenos kubitais.
„Tai išskirtinis atvejis, kuomet mes aptikome kažką, ko nebūtume pajėgę atrasti, jeigu nebūtume panaudoję visų šių skirtingų elementų: grafeno, superlaidininkų arba kvantininių taškų, – prideda mokslininkė. – Tokioms neįprastoms būsenoms išvysti reikalingos visos šios dalys“.
