Международная команда физиков, включающая и российских ученых, описала эксперимент по изучению моттовского перехода — превращению диэлектрика в проводник. Понимание механизмов перехода и управление им должно привести к созданию более быстрых компьютеров. Статья принята к публикации в журнале Science и доступна на сайте arxiv.org. Об эксперименте рассказывает также сайт МФТИ.
В новом исследовании физики использовали специальную модель, которая позволила изучать квантовые процессы в моттовском изоляторе при помощи так называемых магнитных вихрей. В этой модели внутри сверхпроводящего материала создается квантовый вихрь из электрического тока, и такие вихри сами по себе можно рассматривать как носители заряда. Причем сверхпроводник с магнитными вихрями ведет себя попеременно как сверхтекучая жидкость и как стекло, в котором электрический ток распространяться не может. В эксперименте ученые варьировали температуру и магнитное поле, таким образом переводя образец из одного состояния в другое.
Для этого ученые изготовили на кремниевой пластине квадратную матрицу из 300х300 ниобиевых «островков» диаметром около 220 нанометров и подвели к ней золотые и ниобиевые контакты. Образец изготовили стандартными методами фотолитографии и затем поместили в криостат, охладив до 1,4 кельвина — ниже температуры перехода ниобия в сверхпроводящее состояние. Ниобиевые «островки» стали сверхпроводниками, в них сформировались магнитные вихри, а далее исследователи проанализировали поведение системы в различных условиях.
Они обнаружили, что сопротивление образца меняется нелинейно с ростом магнитного поля. С теоретической точки зрения полученные результаты означают то, что моттовский переход можно представить как превращение вещества из жидкого состояния в газ, что открывает дополнительные возможности для анализа феномена с позиций термодинамики. Причем разработанная учеными экспериментальная схема делает дальнейшие эксперименты сравнительно простыми, поскольку для них достаточно стандартных методов фотолитографии и температур, сравнимых с температурой жидкого гелия.
Схема на основе управления моттовским переходом могла бы заменить обычные транзисторы в компьютерах, сделав их быстрее и обеспечив большую компактность.
