En nanofotonisk grupp som leds av prof. Brahim Lounis vid universitetet i Bordeaux, inklusive forskare från MIPT, har utfört ett unikt experiment som innefattar optisk manipulation av enskilda Abrikosovvirvlar i en superledare. I deras artikel publicerad i Naturkommunikation , forskarna nämner möjligheten att designa nya logiska enheter baserade på kvantprinciper för användning i superdatorer.

Fenomenet supraledning, eller noll elektrisk motstånd, förekommer i vissa material i temperaturområdet från −273 till −70 grader Celsius. När ett material övergår till supraledande tillstånd, de magnetiska flödesfälten utvisas från dess volym. En superledare har antingen alla magnetfältlinjer som matas ut från dess inre eller tillåter partiell penetration av magnetfältet.

Fenomenet partiell penetration förklarades 1957 av Alexei Abrikosov, för vilken han tilldelades Nobelpriset i fysik 2003. Ett material som inte uppvisar fullständig magnetfältutvisning kallas en super-ledare av typ II. Abrikosov visade också att dessa supraledare endast kan penetreras av diskreta magnetiska flödesenheter, en magnetflödeskvant i taget. När fältet i en superledare växer sig starkare, det ger upphov till de cylindriska strömslingorna som kallas Abrikosov virvlar.

"Typ-II superledare används överallt, från medicin till energi och andra industrier. Deras egenskaper bestäms av 'virvelfrågan, 'vilket gör forskning om virvlar och att hitta sätt att manipulera dem mycket viktigt för modern fysik, "säger Ivan Veshchunov, en av författarna till studien och en forskare vid Laboratory of Topological Quantum Phenomena in Superconducting Systems vid MIPT.

För att manipulera Abrikosov virvlar, forskarna använde en fokuserad laserstråle. Denna typ av optisk virvelkontroll möjliggörs genom virvlarnas tendens att attraheras mot regionerna med högre temperatur i en superledare (i detta fall, en niobiumfilm kyld till -268 grader Celsius). De nödvändiga hotspotsna kan skapas genom att värma upp materialet med en laser. Dock, det är avgörande att ställa in rätt lasereffekt, eftersom överhettning förstör materialet dess supraledande egenskaper.

Eftersom virvlarna fungerar som magnetiska flödeskvanta, de kan användas för att forma den övergripande magnetiska flödesprofilen, gör det möjligt för fysiker att utföra olika experiment med supraledare. Medan ett triangulärt virvelgitter förekommer naturligt i vissa magnetfält, andra typer av gitter (och enheter som virvellinser) kan skapas genom att flytta virvlar runt.

Metoden för virvelmanipulering i studien kan användas vid kvantberäkning för utveckling av optiskt styrda, snabba flödeskvant (RSFQ) logiska element. Denna teknik ses som lovande för utformningen av supersnabbt minne för kvantdatorer. RSFQ-baserade logiska element används redan i digital-till-analog och analog-till-digital-omvandlare, hög precision magnetometrar, och minnesceller. Ett antal prototypdatorer baserade på denna teknik har utvecklats, inklusive FLUX-1 designad av ett team av amerikanska ingenjörer. Dock, RSFQ -logikelementen i dessa datorer styrs mestadels av elektriska impulser. Optiskt styrd logik är en framväxande trend inom supraledande system.

Experimenten som forskarna utförde skulle kunna tillämpas i framtida forskning om Abrikosov virvlar. Fysiker har ännu inte undersökt detaljerna om hur ökad temperatur fungerar för att "lossa" virvlarna från sina platser och få dem att röra sig. Mer forskning om virveldynamik i Abrikosov -galler kommer sannolikt att följa. Denna forskning är avgörande för att förstå superledarnas fysik, samt bedöma utsikterna för fundamentalt nya typer av mikroelektronikkomponenter.