في الفائق التوصيل، تتحرك الإلكترونات في أزواج، مثل الأزواج في الرقص. عادةً، يمر زوج واحد في كل مرة عبر الوصلة بين فائقَي توصيل. لكن إذا أُضيف قطب ثالث، تتعقد الرقصة: يمكن لزوجين أن يتحركا معًا، مشكلين رباعيًا. هذا الرنين الرباعي تحديدًا هو ما شوهد لأول مرة في وصلة غرافين بثلاثة أقطاب.
قاس العلماء كيف يتغير التيار عند تغيير الأطوار عند الأقطاب. الطور هو موضع موجة الإلكترون، مثل طور القمر. عندما يتطابق الطوران بطريقة خاصة، تظهر انخفاضات حادة في الطيف. هذه الانخفاضات تتحرك على مسارات مغلقة حول طارة — شكل يشبه الكعكة المحلاة — مكوّنة من الطورين. هذا اللف يشير إلى طبيعة طوبولوجية: الأرباعيات تتصرف مثل عقدة لا يمكن فكها دون قطع.
هذا الاكتشاف يُظهر أن الأجهزة فائقة التوصيل متعددة الأقطاب يمكن أن تخلق حالات مستحيلة في الأجهزة العادية ذات القطبين. في المستقبل، قد تساعد هذه الأنظمة في تصميم مواد كمية جديدة، وربما كيوبتات طوبولوجية لأجهزة الكمبيوتر الكمية.
كما كتبه المؤلفون، بالإنجليزية arXiv:2601.18036
Multiterminal Josephson junctions offer a powerful playground for exploring exotic superconducting and topological phenomena beyond the reach of conventional two-terminal devices. In this work, we present the direct spectroscopic observation of Cooper quartet resonances, a signature of correlated tunneling of two Cooper pairs across the device, in a graphene three-terminal Josephson junction (3TJJ). Using tunneling spectroscopy, we visualize how Andreev bound states (ABS) evolve across a two-dimensional superconducting phase space, controlled by the two independent phase differences in the 3TJJ. These measurements reveal sharp local minima in the differential conductance spectra locked in a specific phase condition of superconducting phase variables. The resulting quantized trajectories around the compact torus of the superconducting phase variables reveal an underlying topological winding in the multipair transport. To interpret our results, we develop a theoretical model that connects the observed quartet resonances to the coherent hybridization of multiple ABS branches, a hallmark of the rich pairing process enabled by multiterminal geometries. Our results highlight the potential of multiterminal superconducting devices to host engineered superconducting states and pave the way for new approaches to topological band structure design based on phase-controlled, higher-order superconducting transport.
الرنين الرباعي يشبه أربعة أشخاص يمسكون أيديهم ويدورون، ولا يمكن رؤية رقصتهم الجماعية إلا مع موسيقى معينة (طور).
في مسلسل «الفضاء» (The Expanse)، تسمح المواد فائقة التوصيل للسفن بتحمل قوى تسارع هائلة — قد تكون الوصلات متعددة الأقطاب خطوة نحو هذه التقنيات.