Магнитная стрелка компаса дрожит, когда рядом проходит невидимый ток. Физики сделали крошечный компас из одного дефекта в алмазе и поднесли его к краю сверхпроводника, чтобы услышать, как там бегут электрические токи. Эти токи не похожи на обычные: они текут только вдоль границы, как вода вдоль берега реки, и не рассеиваются на препятствиях. До сих пор их существование в скрученном купратном сверхпроводнике BSCCO предсказывали лишь теоретически, но никто не видел их напрямую.

Эксперимент напоминает прослушивание шагов в соседней комнате. Дефект в алмазе, называемый NV-центром, чувствует магнитное поле как стрелка компаса. Когда по краю сверхпроводника бегут токи, они создают магнитный шум, который заставляет спин NV-центра быстрее терять ориентацию. Измеряя эту скорость, физики увидели два ярких пика точно на краях устройства при температуре 50 К. Это прямое доказательство того, что краевые токи существуют.

Зависимость сигнала от расстояния до края оказалась обратно пропорциональна квадрату расстояния, что совпадает с предсказанием теории. Из температурных измерений извлекли величину топологической щели — энергетического зазора, который защищает краевые токи. При нулевой температуре он составляет примерно 4 мэВ, что соответствует температуре около 50 К. Это значит, что топологическая защита работает лишь при достаточно низких температурах.

Угол скрутки оказался критическим параметром. При 45° топологический переход происходит при той же температуре, что и обычный переход в сверхпроводящее состояние, около 86 К. При 43° эта температура падает до 70 К, при 40° — до 30 К, а при 37° и 24° краевые моды исчезают вовсе. Это напоминает настройку музыкального инструмента: малейший поворот слоёв меняет всю мелодию краевых токов.

Магнитное поле добавляет новую ноту. Приложение поля в 20 Гс создаёт периодическую картину чередующихся доменов с противоположной хиральностью, то есть токи в соседних областях бегут в разные стороны. Это указывает на формирование решётки джозефсоновских вихрей — квантовых вихрей магнитного потока, запертых между слоями. Такой узор похож на шахматную доску, где чёрные и белые клетки соответствуют токам, бегущим в противоположных направлениях.

Так одиночный дефект в алмазе стал компасом, который не только указал направление, но и расслышал тонкую структуру краевых токов. Раньше о топологии скрученных сверхпроводников судили по косвенным транспортным измерениям или теоретическим моделям. Теперь появился прямой метод, который можно применить к другим скрученным материалам, например к двухслойному графену или дихалькогенидам переходных металлов. Это шаг к созданию высокотемпературных топологических сверхпроводников, которые могут стать основой для квантовых вычислений, устойчивых к ошибкам.