Впервые получен сверхпроводящий диод

Международная группа исследователей под руководством Университета Осаки сообщила о первом успешном наблюдении так называемого эффекта сверхпроводящего диода. Это открытие может приблизить слияние двух ключевых направлений в электронике — сверхпроводимости и полупроводниковых технологий — в единое, принципиально новое поколение устройств.

В статье, опубликованной в журнале Communications Physics, команда описывает поведение гетероструктуры на основе Fe(Se,Te)/FeTe. В ходе экспериментов оказалось, что материал начинает «предпочитать» движение тока в одном определённом направлении — это явление называется ректификацией и лежит в основе работы диодов. В обычной электронике такая функция достигается за счёт свойств полупроводников, которые управляют прохождением электронов. Но в сверхпроводниках — материалах с нулевым сопротивлением — добиться направленного тока долгое время не удавалось.

Как объясняет один из авторов исследования Дзюити Сиогай, секрет успеха кроется в выборе подходящего материала. Железо-селен-теллурид оказался особенно перспективным благодаря высоким рабочим характеристикам: температуре перехода в сверхпроводящее состояние, допустимому магнитному полю и плотности тока. Именно это дало исследователям широкое пространство для наблюдения нужного эффекта.

Эксперименты показали, что при изменении температуры и силы магнитного поля ток в образце начинает течь преимущественно в одну сторону. Внимательный анализ позволил учёным построить модель, объясняющую это поведение. Ключевым механизмом оказалось так называемое пиннингование квантовых вихрей — особых образований в сверхпроводниках, возникающих под действием магнитного поля. Сильное взаимодействие между спином и орбитой электрона изменяет структуру этих вихрей, делая их более устойчивыми в одном направлении и менее — в другом, что и нарушает симметрию движения тока.

Наблюдавшаяся линейная зависимость между эффективностью диодного эффекта и уровнем поляризации только укрепила выводы исследователей. По словам Сиогая, это открытие может стать основой для создания сверхпроводящих диодов нового поколения — устройств, способных направленно пропускать ток при минимальных энергозатратах. Если дальнейшие эксперименты подтвердят стабильность эффекта, это станет шагом к созданию принципиально новой электроники с рекордной энергоэффективностью.