Он представляет собой своеобразный бутерброд из ниобия, ванадия и тантала, помещенный в мощное магнитное поле

Японские физики создали первый в мире диод на сверхпроводниках. Он проводит ток без сопротивления только в одну сторону. Благодаря этому открытию можно будет создавать электронные устройства и компьютеры на базе сверхпроводников, пишут исследователи в статье для научного журнала Nature.

"У подобных диодов есть огромный практический потенциал. Их можно использовать для создания электронных устройств, которые почти не потребляют энергию или же обладают сверхвысокой чувствительностью к электромагнитным полям, а также для решения множества других задач. Нет сомнений в том, что эта работа открыла путь в новую эру изучения сверхпроводников", - прокомментировали открытие авторы работы, физики из Токийского университета Тосия Идеуэ и Йосихиро Иваса.

Диоды - это электровакуумные или полупроводниковые устройства, для которых характерно низкое сопротивление при движении тока в одном направлении, и очень высокое - при его движении в обратную сторону. Благодаря этому диоды - критически важный компонент современных электронных приборов. Кроме того, он служит основой для выпрямителей тока, светоизлучателей, солнечных батарей и множества других электрических устройств.

Первые полупроводниковые диоды собрали еще в 1874 году, однако, как отмечают Иваса и Идеуэ, создание их сверхпроводящего аналога оказалось невероятно сложной задачей как с точки зрения теории, так и практики. В первую очередь это связано с тем, что все существующие диоды состоят из двух или более компонентов, которые соединены друг с другом.

Соответственно, если попытаться изготовить такую структуру из разных типов сверхпроводников, в зоне контакта между ними фактически всегда будет ненулевое сопротивление. Это автоматически лишит подобный диод сверхпроводящих характеристик.

Сверхпроводящий "бутерброд"

Физики под руководством, профессора Киотского университета Теруо Оно решили эту проблему. Они изучали свойства так называемых нецентросимметричных сверхпроводников. Они устроены таким образом, что в их кристаллах нет так называемого "центра инверсии".

Благодаря этому у таких сверхпроводников есть необычные свойства, которые связаны с особым характером взаимодействий электронов внутри них. Чтобы изучить эти свойства, японские физики изготовили тонкую пленку из нецентросимметричного сверпроводника, чередуя нанометровые слои из ниобия, ванадия и тантала.

Каждый из них при низких температурах сам по себе превращается в классический сверхпроводник. Однако у многослойной структуры из этих металлов нет "центра инверсии", поэтому она становится нецентросимметричным сверхпроводником. Оно и его коллеги обнаружили, что если поместить этот сверхпроводящий бутерброд в мощное магнитное поле, его свойства сильно поменяются.

Как правило, классические сверхпроводники в таких условиях теряют свои свойства. Однако "бутерброд" из ванадия, ниобия и тантала превратился в сверхпроводящий диод и стал пропускать ток без сопротивления в одну сторону, но при этом не позволял ему двигаться в обратном направлении. Что интересно, полярность этого диода можно было управлять, просто "развернув" магнитное поле в противоположном направлении.

Создание такого устройства, как заключают исследователи, открывает дорогу для сверхпроводящей электроники и разработки множства других приборов, которые повторяют по свойствам их полупроводниковые аналоги, но при этом могут работать при сверхнизких температурах и потреблять минимальное количество энергии.