Международная команда исследователей из Индийского технологического института Бомбея экспериментально подтвердила предсказанный почти 60 лет назад эффект и создала на его основе новый тип энергонезависимой памяти, способной работать при экстремально низких температурах, необходимых для квантовых вычислений.
В основе прорыва лежит идея, высказанная нобелевским лауреатом Пьер Жилем де Женом в 1966 году. Он теоретически предсказал, что тонкий слой сверхпроводника, помещенный между двумя ферромагнитными изоляторами, может вызвать необычное взаимодействие — антиферромагнитную обменную связь. Проще говоря, сверхпроводящее состояние может «заставить» два магнита выстроиться в противоположных направлениях. Долгое время экспериментально подтвердить все аспекты этой теории не удавалось. В новой работе ученые использовали структуру, где роль сверхпроводника играет ванадий, а магнитных изоляторов — нитрид гадолиния.
Главным достижением ученых стала демонстрация работы этого устройства как ячейки памяти. Исследователи показали, что при нулевом магнитном поле устройство может стабильно находиться в одном из двух состояний: с нулевым электрическим сопротивлением (сверхпроводящее) или с конечным сопротивлением (нормальное). Состояние устройства зависит от истории примененных магнитных полей и сохраняется после их отключения, что делает его энергонезависимой памятью. Поскольку эффект работает при температурах ниже 2.5 К (около -270 °C), такая память идеально подходит для использования в криогенных системах, таких как квантовые компьютеры, где вся электроника должна работать при сверхнизких температурах.
Еще более впечатляющим результатом стала демонстрация «абсолютного переключателя». При уменьшении толщины слоя ванадия, ученые добились того, что сверхпроводящее состояние возникает только когда магниты ориентированы антипараллельно. Когда они ориентированы параллельно, сверхпроводимость не возникает вовсе даже при экстремальном охлаждении. Это создает идеальный переключатель между двумя четко различимыми состояниями, что крайне важно для создания эффективной и надежной электроники.
Эта работа не только подтверждает фундаментальную физическую теорию, но и открывает путь к практическому применению. Разработка эффективной памяти, работающей в тех же условиях, что и квантовые процессоры, является одной из ключевых задач на пути создания полноценных квантовых компьютеров. Предложенная технология предлагает многообещающее решение для создания систем управления и памяти для вычислений будущего.