研究人员创造出磁性增强的稳定超导体

包括维尔茨堡大学研究人员在内的国际团队成功创造了一种特殊的超导状态。这一发现可能会推动量子计算机的发展。研究结果发表在《自然·物理学》杂志上。

超导体是一种无需电阻即可导电的材料，使其成为MRI机器、磁悬浮列车甚至粒子加速器中电子元件的理想基础材料。然而，传统的超导体很容易受到磁性的干扰。一个国际研究小组现已成功构建了一种混合装置，该装置由磁性增强的稳定的邻近超导体组成，并且其功能可以被专门控制。

他们将超导体与一种称为拓扑绝缘体的特殊半导体材料结合起来。“拓扑绝缘体是在其表面导电但内部不导电的材料。这是由于其独特的拓扑结构，即电子的特殊排列，”该大学拓扑绝缘体研究所的物理学家查尔斯·古尔德教授解释道维尔茨堡(JMU)。“令人兴奋的是，我们可以为拓扑绝缘体配备磁性原子，这样它们就可以由磁铁控制。”

超导体和拓扑绝缘体耦合形成所谓的约瑟夫森结，这是由一层薄薄的非超导材料隔开的两个超导体之间的连接。“这使我们能够将超导性和半导体的特性结合起来，”古尔德说。

“所以我们将超导体的优点与拓扑绝缘体的可控性结合起来。利用外部磁场，我们现在可以精确控制超导特性。这是量子物理学的真正突破。”

这种特殊的组合创造了一种奇异的状态，超导性和磁性结合在一起——通常这些是相反的现象，很少共存。这被称为邻近诱导的Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov(p-FFLO)态。

新的“具有控制功能的超导体”对于量子计算机的开发等实际应用可能很重要。与传统计算机不同，量子计算机不是基于位，而是基于量子位(qubit)，它不仅可以同时呈现两种状态，而且可以呈现多种状态。

“问题在于量子比特目前非常不稳定，因为它们对电场或磁场等外部影响极其敏感，”古尔德说。“我们的发现可以帮助稳定量子比特，以便它们将来可以用于量子计算机。”

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