Международная группа физиков совершила открытие, объединившее сверхпроводимость и топологические состояния в рамках одной физической системы — ромбоэдрического графена. Этот материал представляет собой многослойную структуру, где слои углерода уложены по принципу ступенчатой лестницы. Научная работа, опубликованная в журнале Nature Physics, открывает новые горизонты для развития квантовых технологий.
Уникальная структура ромбоэдрического графена
Ромбоэдрический графен, получаемый из природного графита, обладает необычным распределением электронов. При низких энергиях носители заряда концентрируются преимущественно на внешних слоях — верхней и нижней поверхностях, тогда как внутренняя часть структуры остается практически свободной от них.
Эта конфигурация вынуждает электроны тесно взаимодействовать в ограниченном пространстве. В результате формируются коллективные квантовые состояния, которые невозможно описать, анализируя частицы по отдельности. Ученые установили, что сверхпроводимость в данном материале возникает именно благодаря взаимодействию между этими двумя поверхностными типами носителей.
Перспективы квантовых вычислений
Ромбоэдрический графен интересен тем, что позволяет изучать сложные квантовые эффекты на более доступной и воспроизводимой платформе. Помимо сверхпроводимости, исследователи зафиксировали квантовый аномальный эффект Холла — состояние, при котором электрический ток движется вдоль границ материала без сопротивления. Такие явления крайне востребованы из-за их устойчивости к внешним помехам.
Ключевой интерес представляет объединение сверхпроводимости и топологических свойств. Согласно теоретическим моделям, в таких системах могут возникать майорановские нулевые моды. Это экзотические состояния, которые считаются наиболее перспективными элементами для создания отказоустойчивых квантовых компьютеров. Подобные системы обладают естественной защитой от шумов и декогеренции, препятствующих стабильной работе современных квантовых вычислений.
Новый «жидкий гелий» для физики
Важным преимуществом новой платформы является естественное формирование структуры с двумя электронными слоями, что ранее требовало сложной инженерной подготовки. Доцент Киприан Левандовский, соавтор открытия, сравнивает значимость ромбоэдрического графена для современной физики конденсированного состояния с ролью жидкого гелия в XX веке, который стал ключом к пониманию фазовых переходов.
Несмотря на фундаментальный характер исследования, конечная цель ученых — применение открытых свойств в квантовой инженерии. Если контроль над этим сочетанием квантовых состояний будет достигнут, ромбоэдрический графен может лечь в основу следующего поколения датчиков и вычислительных систем.
