Výskumná skupina z košického Centra fyziky nízkych teplôt vedená Mgr. Tomášom Samuelym, PhD. z Ústavu fyzikálnych vied PF UPJŠ v Košiciach publikovala v najnovšom čísle prestížneho amerického časopisu Science Advances svoje výsledky experimentov na supravodivom feromagnetickom diamante. Časopis Science Advances je zaradený v rebríčku Nature Index a má impaktový faktor vyše 12,8. Publikovaná štúdia Zhang, Samuely, Iwahara et al. (2020) tak potvrdzuje vysokú kvalitu a medzinárodné uznanie experimentálnej fyziky na PF UPJŠ a SAV v Košiciach.
Centrum fyziky nízkych teplôt je spoločným pracoviskom Prírodovedeckej fakulty UPJŠ v Košiciach (ako tím QMAGNA) a Ústavu experimentálnej fyziky SAV v Košiciach. Košická skupina pomocou nízkoteplotného skenovacieho tunelového mikroskopu identifikovala súčasný výskyt dvoch zvyčajne navzájom sa vylučujúcich javov, supravodivosti a feromagnetizmu.
Skenovací mikroskop pre výskum látok pri nízkych teplotách (prístroj v 3D).
Supravodivosť je makroskopický kvantový jav, pri ktorom má materiál nulový elektrický odpor a vypudzuje magnetické pole. Výskumníci ukázali, že neobvyklá kombinácia uvedených javov spôsobuje vznik Yu-Shiba-Rusinovových (YSR) pásov – unikátnych elektrónových stavov s rozsahom desiatok nanometrov. Výsledky košického experimentu boli potvrdené aj teoretickým modelom v medzinárodnej spolupráci expertov z Dánska, Belgicka, Nemecka, Spojeného kráľovstva a Singapuru.
Dvojrozmerná spinová mriežka (červené šípky) na bórom dopovanom diamante spôsobuje excitácie (žltá) v supravodivej hustote stavov (modrá). Ich hybridizáciou vznikajú Yu-Shiba-Rusinovove pásy s rozsahom desiatok nanometrov.
Spojenie feromagnetického usporiadania spinov a supravodivosti je jav s potenciálnym uplatnením v spintronike, ale aj v kvantových technológiách. Na rozdiel od elektroniky, pri ktorej sa informácia prenáša pohybom elektrónov, v spintronike dochádza iba k zmene spinu (stavu elektrónu) a nedochádza tak k disipácii tepla, teda ohrievaniu obvodu. Na rozhraní medzi topologicky netriviálnymi YSR pásmi a topologicky triviálnym prostredím vznikajú tzv. Majorana viazané stavy. Tie sa dajú využiť ako topologicky chránené qubity v kvantových počítačoch odolných voči dekoherencii. K dekoherencii totiž dochádza v dôsledku interakcie qubitu s okolím, čo má za následok znehodnotenie uloženej informácie. Je to jeden z hlavných technologických problémov, ktorý bráni vytvoreniu prakticky využiteľného kvantového počítača.
Napriek tomu, že realizácia vyššie uvedenej technológie je zatiaľ otázna, jej prínos pre kvantové technológie by bol tak zásadný, že sa na jej vývoj zamerali nielen akademické inštitúcie, ale aj komerčné spoločnosti ako napr. Microsoft či Nokia Bell labs.
Odkaz na publikovanú štúdiu:
Zhang, G., Samuely, T., Iwahara, I., Kačmarčík, J., Wang, C., May, P.W., Jochum, J.K., Onufriienko, O., Szabó, P., Zhou, S., Samuely, P., Moshchalkov, V.V., Chibotaru, L.V., Rubahn, H.-G., 2020. Yu-Shiba-Rusinov bands in ferromagnetic superconducting diamond. Science Advances, 6 (20), eaaz2536
https://doi.org/10.1126/sciadv.aaz2536
