Magnetiska kvantobjekt i supraledare, så kallade "fluxoner, " är särskilt lämpliga för lagring och bearbetning av databitar. Datorkretsar baserade på fluxoner skulle kunna drivas med betydligt högre hastighet samtidigt som de avleder mycket mindre värme. Fysiker som arbetar med Wolfgang Lang vid universitetet i Wien och deras kollegor vid Johannes-Kepler- University Linz har utvecklat en "kvantäggkartong" med en ny och enkel metod. De realiserade ett stabilt och regelbundet arrangemang av hundratusentals fluxoner - en banbrytande utveckling för kretsar baserade på fluxoner. Resultaten visas i tidskriften Fysisk granskning tillämpas från American Physical Society.

Att påskynda databehandlingen i datorer går hand i hand med högre värmegenerering, vilket begränsar prestanda hos snabba datorer. Forskare eftersträvar därför digitala kretsar baserade på supraledare, material som kan transportera elektricitet utan förlust när de kyls under en viss kritisk temperatur.

Magnetiska kvantobjekt i supraledare

Inuti en supraledare, ett magnetfält kan endast existera i små kvantiserade bitar som kallas fluxoner. Dessa är särskilt lämpliga för lagring och bearbetning av databitar. I en homogen supraledare, fluxonerna är ordnade i ett hexagonalt gitter. Med hjälp av modern nanoteknik, forskare vid universitetet i Wien och Johannes-Kepler-universitetet i Linz har byggt konstgjorda fällor för fluxoner. Med hjälp av dessa fällor, fluxonerna tvingas in i en fördefinierad formation.

Vikten av ojämvikten

Tills nu, fluxonerna kunde endast observeras i en termodynamisk jämvikt, dvs. i ett enhetligt arrangemang. "Om vi ​​försöker stapla två ägg ovanpå varandra i en äggkartong och lämnar den intilliggande gropen tom, ägget skulle snabbt rulla ner till ett jämviktstillstånd med exakt ett ägg i varje grop, " förklarar Wolfgang Lang från universitetet i Wien. Ur databehandlingssynpunkt, dock, den fullt fyllda äggkartongen innehåller lite information och är därför värdelös. Det skulle vara mycket mer användbart att placera äggen i ett fördefinierat mönster. På sådant sätt, till exempel, QR-koder som känns igen av smartphones skulle kunna realiseras i en äggkartong – självklart, en stor mängd information.

På nanoskala, forskarna har nu tagit ett stort steg genom att för första gången demonstrera ett stabilt icke-jämviktstillstånd för fluxoner i en uppsättning av mer än 180, 000 konstgjorda fällor. Beroende på det externa magnetfältet, fluxonerna ordnar sig i terrasserade zoner där varje fälla antingen inte fångar någon fluxon, exakt en, eller flera fluxoner. "Även efter en period av dagar, vi har observerat exakt samma arrangemang av fluxoner - en långsiktig stabilitet som är ganska överraskande för ett kvantsystem, säger Georg Zechner vid universitetet i Wien, huvudförfattaren till studien.

Nanomönster av supraledare med jonstrålar

"Maskerad jonstrålebestrålning möjliggör tillverkning av nanostrukturer i supraledare i ett enda steg. Den kan appliceras tid effektivt på stora ytor, kan rampas upp till industriell skala och kräver inga kemiska processer, " säger Johannes D. Pedarnig från Institutet för tillämpad fysik vid Johannes-Kepler-universitetet i Linz. Beroende på vilken mask som används, praktiskt taget vilken önskad struktur som helst kan mönstras i supraledaren. Forskarna planerar nu ytterligare experiment på mer sofistikerade nanostrukturer, som bör demonstrera den systematiska överföringen av fluxoner från en fälla till nästa. Detta kan vara ytterligare ett banbrytande steg mot utvecklingen av snabba datorkretsar baserade på fluxoner.