В сверхпроводящем кольце, похожем на шайбу, ток иногда течёт в одну сторону легче, чем в другую. Это свойство называют диодным эффектом. Обычно его направление жёстко задано структурой материала. Но в новой работе физики показали, что его можно переключать — и делает это число магнитных вихрей, запертых в кольце.
Каждый вихрь — крошечная область, где сверхпроводимость подавлена, а магнитное поле проникает внутрь. Вихри отзываются на малейшие неровности материала: где-то край чуть толще, где-то примесь. Авторы выяснили, что вихри работают как фильтр, усиливая одни «ноты» этих неровностей и заглушая другие. Когда число вихрей меняется с чётного на нечётное, набор усиленных нот переворачивается — и диодный эффект меняет знак.
Расчёты на упрощённой модели края и на полной двумерной решётке подтвердили: механизм работает без сбоев. Это важно, потому что раньше похожее поведение приписывали особым частицам — майорановским фермионам. Теперь ясно: геометрия и неоднородности сами по себе дают тот же эффект. Значит, инженеры получают простой инструмент — вихревой переключатель — для сверхпроводящей электроники, где диоды нужны для логических схем и памяти.
Магнитный вихрь в сверхпроводнике несёт квант магнитного потока — примерно 2×10⁻¹⁵ вебер. Это как если бы всё магнитное поле Земли сжали в точку размером с атом.