«Жидкий свет» помог «включить» сверхпроводящий ток

Ученые из МИЭМ НИУ ВШЭ научились запускать сверхпроводящий ток с помощью «жидкого света». Так называют экситон-поляритоны — гибридные частицы, образующиеся в результате взаимодействия света и материи, обладающие одновременно свойствами как света, так и материальных частиц. Возможность управлять электрической системой с помощью оптической может пригодиться при создании технологий будущего, в том числе квантовых компьютеров. Исследование опубликовано в журнале Physical Review B.

При конструировании квантового компьютера к его частям выдвигаются противоположные требования. Например, квантовый процессор должен работать быстро, а квантовая память должна медленно записывать и долго хранить информацию, причем тоже в квантовом формате, чтобы она не разрушалась под влиянием окружающей среды. Научиться управлять взаимодействием этих двух систем — задача, которую решают сегодня многие физики, занимающиеся квантовыми технологиями.

Исследователи из НИУ ВШЭ изучили взаимное увлечение между сверхпроводящей и/или сверхтекучей системами (эффект Андреева — Башкина) в необычной гибридной системе, состоящей из двух подсистем: тонкой пленки сверхпроводника и системы экситон-поляритонов.

Экситон-поляритоны («жидкий свет») — это экзотическое состояние света и вещества (тонкого полупроводника), запертых между двух зеркал. Свет в такой системе часть времени живет в виде экситона (пары связанных кулоновским притяжением электронов и дырки внутри полупроводника), а другую часть времени пробегает между зеркалами (так устроен поляритон). Экситон-поляритонная жидкость проявляет сверхтекучесть: может «течь» без потерь энергии на трение.

Не так давно российские исследователи изучили, как сверхпроводник, помещенный в «сэндвич» с зеркалами и полупроводником, может взаимодействовать с экситон-поляритонами. Исследовательская группа Юрия Лозовика, профессора МИЭМ ВШЭ, предположила, что, помимо обычного взаимодействия, возможен и эффект взаимного увлечения сверхпроводника и экситон-поляритонов. Полупроводник между зеркалами позволяет получить сверхтекучую жидкость из экситон-поляритонов, а течение этой жидкости может запускать ток электронов в сверхпроводнике. Авторы статьи посчитали, насколько сильным будет этот эффект, используя реалистичные параметры современных полу- и сверхпроводящих материалов.

Каждая из подсистем проявляет квантовые эффекты, но электроны в сверхпроводнике движутся медленно, а экситон-поляритоны — очень быстро. Движение электронов переносит электрический заряд, а поток экситон-поляритонов — нейтральный. Но через взаимное увлечение мы можем связать между собой эти две сильно различающиеся системы.

Алексей Соколик
Один из авторов статьи, старший научный сотрудник лаборатории «Математические методы естествознания» НИУ ВШЭ

 

Явление увлечения можно характеризовать, например, рассматривая, насколько большой электрический ток в сверхпроводнике возникнет, если мы начнем увлекать электроны. При реалистичных параметрах моделируемой системы ток может достигать наноампер, он может быть измерен в эксперименте.

Азат Аминов
Первый автор статьи, аспирант базовой кафедры квантовой оптики и нанофотоники Института спектроскопии РАН факультета физики НИУ ВШЭ

Исследователи подчеркивают, что одна из перспективных задач для развития квантовых технологий — усиление эффекта взаимного увлечения экситон-поляритонов и сверхпроводящих электронов.
IQ

15 ноября, 2023 г.