Nowa droga do obserwacji stanów kwantowych
Kluczem okazała się opracowana w Kopenhadze platforma półprzewodnikowo-nadprzewodząca. Naukowcy skonstruowali mikroskopijny cylinder nadprzewodzący, wykorzystując strumień magnetyczny do symulacji pożądanych zjawisk fizycznych. To połączenie kreatywnego myślenia z zaawansowanymi możliwościami materiałowymi laboratorium przyniosło przełomowe rezultaty. W badaniach zastosowano spektroskopię tunelową stanów podpasmowych Andreewa w hybrydowych nanodrutach. Chodzi o strukturę przypominającą półprzewodnikowy rdzeń otoczony nadprzewodzącą powłoką. Okazało się, że analogi stanów Caroli-de Gennes-Matricon ujawniają się jako jednowymiarowe osobliwości Van Hovego. Co istotne, ich rozstępy energetyczne są porównywalne z przerwą nadprzewodzącą i – co najważniejsze – niezależne od energii Fermiego, co znacząco ułatwia obserwację. W odróżnieniu od tradycyjnych nadprzewodników metalicznych, ten system oferuje naukowcom znacznie większą precyzję i kontrolę. To zasadnicza różnica, niczym między obserwacją szybkiego obiektu w półmroku a badaniem go w dobrze oświetlonym laboratorium.
Czytaj też: Naukowcy stworzyli materiał 2D o zaskakujących cechach kwantowych. To wszystko wina (zasługa) chemii
Jak często w nauce bywa, kluczowy element układanki odkryto przypadkiem. Saulius Vaitiekėnas z zespołu badawczego przyznaje, iż on i jego współpracownicy natknęli się na te stany przypadkowo. Kiedy jednak zrozumieli, z czym mają do czynienia, zdali sobie sprawę, że to coś więcej niż tylko ciekawostka. Oczywiście przypadek to dość ogólne stwierdzenie, ponieważ zanim nastąpił, trzeba było przeprowadzić wieloletnie przygotowania – i zapewnić odpowiednio zaawansowaną infrastrukturę badawczą. Jak dodaje Vaitiekėnas, wykorzystana konfiguracja pozwala im badać te same stany kwantowe, ale na ich własnych warunkach. Mówiąc krótko, dzięki samodzielnemu zaprojektowaniu platformy badacze mogli sami dyktować zasady.
Potencjał dla przyszłych technologii
Odkrycie może mieć znaczenie dla rozwoju hybrydowych symulatorów kwantowych, czyli narzędzi umożliwiających modelowanie złożonych układów kwantowych. Tego typu symulatory działają na zasadach mechaniki kwantowej, co pozwala im rozwiązywać problemy niedostępne dla klasycznych komputerów, choć na razie to głównie obietnica na przyszłość. Potencjalne zastosowania obejmują też projektowanie nowych materiałów nadprzewodzących, efektywniejszych ogniw słonecznych czy zaawansowanych systemów magazynowania energii.
Wyniki badań w tej sprawie zostały zaprezentowane w czasopiśmie Physical Review Letters. Praca duńskich naukowców pokazuje, jak czasem rozwiązanie wieloletniej zagadki przychodzi nie przez bezpośrednie podejście do problemu, lecz jego kreatywne obejście. Czy rzeczywiście otworzy to nowy rozdział w badaniach nad materiałami kwantowymi? Czas pokaże, ale na pewno daje naukowcom nowe narzędzia do eksploracji tego fascynującego obszaru.