Nadprzewodzące i ferromagnetyczne elementy systemów nanohybrydowych
W wielu nanostrukturach, przeniesienie elektronów przejawia koherencję kwantową i przebiega wedle niezwykłych praw, bardzo różnych od tych rządzących systemami makroskopowymi i mikroskopowymi. Odkrycia te utorowały drogę nowej dziedzinie, jaką jest fizyka mezoskopowa. W ramach finansowanego ze środków UE projektu LODIHYBRIDS (Correlations and proximity effect in low-dimensional and hybrid structures) naukowcy badali zachowania mezoskopowe w systemach hybrydowych, łączących materiały o antagonistycznych właściwościach. Interesującym przykładem były tu systemy nadprzewodnikowo-ferromagnetyczne. Ferromagnetyzm i nadprzewodnictwo uważane są za zjawiska przynajmniej z pozoru antagonistyczne. O ile nadprzewodnictwo ustawia spiny elektronów w parach Coopera przeciwległych względem siebie, to ferromagnetyzm sprzyja równoległym ustawieniu momentów magnetycznych i równomiernie zorientowanych spinów. W nanostrukturach hybrydowych, w których nienadprzewodzący materiał styka się z nadprzewodnikiem, pary Coopera i wzbudzenia elektronowe wymieniają się. Naukowcy biorący udział w projekcie LODIHYBRIDS badali tzw. prąd Andreeva, indukowany przez rezonans ferromagnetyczny i inne zjawiska na granicy faz. Następnie zajęli się poszukiwaniem stanów związanych Majorany, będących ważnym przedmiotem eksperymentalnych badań z zakresu fizyki mezoskopowej. Wytwarzanie, wykrywanie i manipulowanie stanami związanymi Majorany daje nadzieję na stworzenie topologicznie chronionych komputerów kwantowych. System hybrydowy zawierający topologiczne izolatory lub nanoprzewody wykorzystano do określenia cech stanów związanych Majorany, aby zaproponować nowe metody ich eksperymentalnego generowania. Konsekwencje topologicznego nadprzewodnictwa powiązanego ze stanami związanymi Majorany badano na złączach Josephsona. Odkrycia dokonane w ramach projektu LODIHYBRIDS powinny przyczynić się do dokładniejszego poznania systemów hybrydowych, w których bliski kontakt między materiałami o antagonistycznych właściwościach powoduje pojawienie się unikalnej dynamiki. Zjawiska te odegrają ważną rolę w przyszłych komputerach kwantowych.
Słowa kluczowe
Nanohybrydowe, nanomateriały, komputery kwantowe, ferromagnetyzm, nadprzewodnictwo
