Учёные сообщили об открытии: крохотные выступы высотой один атом могут выступать в роли микроскопических рельсов, точно направляя движение квантовых вихрей внутри ультратонких сверхпроводников. Этот механизм позволяет вихрям двигаться вдоль ступенек более чем в тысячу раз легче, чем поперёк них, и подчёркивает потенциал управляемой циркуляции токов в сверхпроводящих материалах. По словам исследователей из Центра наноархитектурных материалов (MANA) и японского национального института материаловедения (NIMS), открытие может стать основой для новой сверхпроводящей электроники с меньшими энергозатратами и повышенной эффективностью обработки информации.

В рамках экспериментов учёные изучали атомарно тонкий слой индия на кремниевой поверхности Si(111) с регулярными ступеньками. Поверхность и вихри наблюдались с помощью сканирующего туннельного микроскопа, что позволило зафиксировать, как вихри Джозефсона возникают в критических зонах и как они локализуются вдоль шагов. Результаты показывают, что крошечные выступы действуют как трассы движения вихрей внутри сверхпроводника, превращая поверхность в упорядоченную сеть направляющих элементов.

Важный вывод экспресс-измерений — при введении магнитного поля в диапазоне примерно 0,10–0,20 Тл энергетический барьер, мешавший вихрям продвигаться вдоль ступенек, практически исчезал. В соединении с низкими температурами это приводило к режиму однонаправленного движения вихрей без их «закрепления» на дефектах материала; поперёк ступенек движение сохраняло своё затруднение. Подобную регулировку подтверждали через измерения электрического сопротивления в четырёхконтактной схеме.

Суммарно эксперименты демонстрируют, что движение вихрей можно управлять изменением температуры и магнитного поля, что открывает перспективы использования подобных эффектов в будущей электронике на основе сверхпроводников. Однако для практического применения понадобится дальнейшая разработка, и учёные подчёркивают, что подход может быть реализован именно в атомарно тонких материалах, что существенно расширяет горизонты сверхпроводящего дизайна и функциональности устройств.