Ученые из России и Франции показали, что декорирование атомами золота атомных ступенек сверхтонких пленок свинца улучшает сверхпроводящие свойства образцов. Исследование поможет конструировать миниатюрные джозефсоновские переходы и управлять ими. Работа опубликована в журнале Nano Letters.
Создание сверхпроводящих материалов и устройств на их основе — многообещающая стратегия для развития квантовых технологий. Такие устройства должны быть миниатюрны, поэтому изучение свойств сверхпроводящих материалов на наномасштабах и на атомарном масштабе актуально как никогда. Сейчас существует несколько теорий, которые по-разному предсказывают поведение и свойства сверхпроводящих материалов при ультратонких толщинах.
Ученые из МФТИ и их французские коллеги исследовали атомные монослои свинца, выращенные на кремниевой подложке. Свинец является сверхпроводником при низких температурах и, как правило, при напылении растет либо островками, либо ступеньками. Получившийся образец представляет систему, в которой есть как сверхпроводящие области, так и области, где сверхпроводимость пропадает. Поэтому даже такой простой образец может представлять систему из сотен или тысяч джозефсоновских переходов — основных компонентов в большинстве сверхпроводящих устройств.
Ученые провели серию исследований влияния атомов золота на такую систему. Золото — не сверхпроводник, поэтому теоретически его добавление должно было снизить сверхпроводимость. Однако все оказалось совершенно наоборот.
«Мы показали, что атомы золота могут улучшать сверхпроводящие свойства атомно тонких слоев свинца. Это интересный пример контроля и управления характеристиками объекта на атомарном уровне. Наши исследования носят фундаментальный характер, и пока это не заявка на прикладное применение или какое-либо изобретение. Но этот результат в будущем мы сможем использовать, например, для более качественного и точного исследования и создания джозефсоновских переходов нано- и даже атомарных размеров. Джозефсоновские переходы на данный момент являются одними из основных элементов сверхпроводящей электроники», — комментирует соавтор исследования Денис Баранов.
Ученые изготовили специальный инструмент, помещающийся в модуль сканирования низкотемпературного зондового микроскопа. Он представлял собой держатель, на краю которого из золотой микропроволоки было изготовлено четыре контакта. При помощи пьезомоторов эти контакты подводились к поверхности свинцовых пленок, после чего измерялось сопротивление в зависимости от температуры. Исследование проводилось в условиях сверхвысокого вакуума, благодаря чему поверхности не были подвержены окислению. После измерений инструмент менялся на зонд для сканирующей туннельной микроскопии — и поверхности изучались уже на атомном уровне.
Таким образом, ученые совместили два экспериментальных метода без разрыва вакуума и в условиях низкой температуры. Это открывает большие перспективы с точки зрения исследования физических свойств двумерных систем, разрушающихся в естественных условиях.
С помощью сканирующей туннельной микроскопии, спектроскопии и электронно-транспортных измерений физики показали, что декорирование ступенек свинца на кремнии с помощью атомов золота приводит к более сильной связи между ними и улучшает сверхпроводящие свойства образца. Переход к сверхпроводимости в «позолоченных» монослоях свинца происходит при более высоких температурах.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Facebook и Twitter.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
