p Os físicos do MIPT aprenderam como controlar localmente os vórtices Josephson. A descoberta pode ser usada para dispositivos supercondutores de eletrônica quântica e futuros processadores quânticos. O trabalho foi publicado na prestigiosa revista científica Nature Communications . p Um vórtice Josephson é um vórtice de correntes que ocorrem em um sistema de dois supercondutores separados por um elo fraco - um dielétrico, um metal normal, etc. - na presença de um campo magnético externo. Em 1962, Brian Josephson previu o fluxo de uma supercorrente através de uma fina camada de material isolante que separa duas peças de material supercondutor. Esta corrente foi chamada de corrente Josephson, e o acoplamento de supercondutores foi apelidado de junção Josephson. Um chamado elo fraco ocorre entre os dois supercondutores por meio de um dielétrico ou um metal não supercondutor, e a coerência quântica macroscópica se desenvolve.

p Quando este sistema é colocado em um campo magnético, os supercondutores empurram o campo magnético para fora. Quanto maior o campo magnético aplicado, quanto mais a supercondutividade resiste ao campo magnético que penetra no sistema Josephson. Contudo, o elo mais fraco é um lugar no qual o campo pode penetrar na forma de vórtices Josephson individuais carregando quanta de fluxo magnético. Os vórtices Josephson são frequentemente vistos como objetos topológicos reais, 2 singularidades de fase pi que são difíceis de observar e manipular.

p Pesquisadores do Laboratório MIPT de Fenômenos Quânticos Topológicos em Sistemas Supercondutores aplicaram um microscópio de força magnética para estudar vórtices Josephson em um sistema de dois contatos supercondutores de nióbio intercalados com uma camada de cobre atuando como um elo fraco.

p "Demonstramos que nos contatos supercondutor-supercondutor normal de metal planar (plano), Os vórtices Josephson têm uma impressão única, "disse o autor sênior do jornal, Vasily Stolyarov de MIPT. "Descobrimos isso observando essas estruturas com um microscópio de força magnética. Com base nessa descoberta, demonstramos a possibilidade de gerar vórtices Josephson localmente, que pode ser manipulado pelo cantilever magnético de um microscópio. Nossa pesquisa é mais um passo em direção à criação de futuras máquinas de computação quântica supercondutoras. "

p A variedade de dispositivos supercondutores ultrassensíveis, qubits, e as arquiteturas para computação quântica estão crescendo rapidamente. Espera-se que os dispositivos eletrônicos quânticos supercondutores desafiem os dispositivos semicondutores convencionais muito em breve. Esses novos dispositivos contarão com junções Josephson como a indicada pela seta amarela fechada na figura 1.

p "É muito difícil visualizar vórtices Josephson, como eles são mal localizados, "Stolyarov acrescentou." Descobrimos uma maneira de medir a dissipação que ocorre durante a criação e destruição de tal vórtice na área do elo fraco. A dissipação é uma pequena liberação de energia. No nosso caso, a energia é liberada quando um vórtice se move em um contato Josephson planar. Assim, usando nosso microscópio de força magnética, podemos detectar com sucesso não apenas o retrato magnético estático da estrutura supercondutora, mas também os processos dinâmicos nela. "

p Os autores do artigo demonstraram um método para geração remota, detecção, e manipulação de vórtices Josephson em junções Josephson planares usando um microscópio de força magnética de baixa temperatura. Com certos parâmetros (localização da sonda, temperatura, campo magnético externo, fluxo de corrente elétrica através da amostra), a equipe observou uma resposta particular do cantilever do microscópio. Isso foi seguido pelo aparecimento de anéis / arcos agudos nas imagens. Os pesquisadores identificaram essas características como pontos de bifurcação entre estados Josephson adjacentes caracterizados por um número ou posição diferente de vórtices Josephson dentro da junção. O processo é acompanhado pela troca de energia entre o cantilever e a amostra nos pontos de bifurcação e demonstra que um microscópio de força magnética pode fornecer informações únicas sobre o estado de um vórtice de Josephson.

p Espera-se que os resultados da pesquisa sirvam como um ímpeto e uma base para o desenvolvimento de novos métodos de diagnóstico sem contato local e gerenciamento de dispositivos supercondutores modernos e eletrônicos quânticos supercondutores.