Тонкая плёнка из арсенида индия, лежащая на изолирующей подложке, ведёт себя как термос с двойными стенками: электроны внутри неё почти не отдают тепло окружающему кристаллу. В обычном металле электроны быстро обмениваются энергией с колебаниями атомов, поэтому их температура всегда близка к температуре образца. Здесь же связь настолько слаба, что электронный газ можно нагреть или охладить независимо, почти не тратя энергию.
Исследователи измерили этот эффект с помощью джозефсоновского перехода — сверхпроводящего контакта, который работает как сверхточный термометр. Оказалось, что при температурах ниже одного кельвина (это холоднее, чем в открытом космосе) электроны остаются изолированными от решётки, а сверхпроводимость сохраняется даже при сильном электрическом поле. Такое сочетание — слабая тепловая связь и полная электрическая управляемость — делает материал идеальным для создания тепловых схем, где потоки тепла контролируются так же, как токи в обычной электронике.
Практическая польза — в детекторах одиночных фотонов: поглощённый фотон слегка нагревает электроны, и этот крошечный всплеск температуры можно зафиксировать с высокой точностью. Такие детекторы нужны для квантовой связи и астрономических наблюдений. Кроме того, платформа обещает стать основой для «калоритроники» — управления теплом в наномасштабе, где тепло переносится не хаотично, а направленно, как по проводам.
Джозефсоновский переход, использованный как термометр, настолько чувствителен, что способен заметить нагрев от одного-единственного фотона.
В романе Артура Кларка «Свет иных дней» упоминаются сверхчувствительные детекторы, способные уловить одиночный фотон из глубин космоса — эта технология делает такой сюжет ближе к реальности.