Магнитная текстура управляет сверхпроводимостью в нанопроводе экспресс
Нанопровод похож на крошечный кабель: внутри — магнитный сердечник, снаружи — алюминиевая оболочка, которая может проводить ток без сопротивления. Но ужиться им непросто: сильное магнитное поле разрушает сверхпроводимость, как шум заглушает тихую мелодию. В этой работе нанопровод из арсенида индия покрывали слоем магнитного соединения европия и серы, а сверху — алюминием. Сверхпроводимость в алюминии сохранялась только там, где магнитное поле внутри провода почти исчезало — например, на границах между магнитными доменами, где намагниченность меняет направление и её действие взаимно гасится.
Эксперимент показал: сверхпроводимость появлялась лишь когда магнитный сердечник находился в многодоменном состоянии — разбитом на множество областей с разной ориентацией намагниченности. В среднем по длине провода поле оказывалось почти нулевым, и сверхпроводимость выживала. Стоило намагнитить сердечник до однородного состояния, как сверхпроводимость пропадала полностью.
Карты показали, что магнитная текстура не застыла: слабое внешнее поле, меньше одной тысячной тесла, сдвигало границу между доменами вдоль провода со скоростью около 5,5 микрометра на миллитеслу. Область, где поле гасится и могла бы существовать сверхпроводимость, двигалась бы вместе с этой границей. Получается своего рода ползунок: поворачиваешь ручку внешнего поля — и зона сверхпроводимости едет по проводу, как световое пятно по гирлянде.
Такое управление сверхпроводимостью магнитной текстурой может стать основой для кубитов — элементов квантового компьютера, а также для сверхпроводящей логики и памяти. Нанопровод превращается в перестраиваемую схему, где нужные области включаются и выключаются слабым магнитным полем.
Оригинальная аннотация
как её написали авторы, на английском arXiv:2601.22051
In a one-dimensional ferromagnet-superconductor nanowire, magnetism can suppress superconductivity except where the Zeeman field is suppressed, for example domain wall superconductivity (DWS) near magnetic domain walls or multi-domain-averaged superconductivity (MDAS) in multi-domain states where the net magnetization over the coherence length averages to nearly zero. Here we study full-shell InAs/EuS/Al nanowires using scanning SQUID magnetometry and transport, and find superconductivity in the Al shell only when the EuS is in a multi-domain state, consistent with both DWS and MDAS, and absent in the saturated single-domain state. Scanning SQUID magnetometry further shows that the EuS magnetic texture is position dependent and reconfigurable by small changes in external magnetic field, including moving a well-defined domain wall at $$\approx$$5.5 $$\mu$$m/mT with sub-mT fields, implying that any associated localized superconducting region would likewise be movable. Such magnetic texture controlled superconductivity along a nanowire may be useful for topological qubits, Andreev spin qubits, superconducting logic, and memory devices.
Магнитные домены в сердечнике нанопровода можно двигать полем, которое в десятки раз слабее поля обычного магнитика на холодильник — а вместе с ними движется и область сверхпроводимости.
Идея перестраиваемых магнитным полем сверхпроводящих областей напоминает управляемые силовые поля из научной фантастики, только в масштабе нанопровода.