Ученые создали аналог джозефсоновского перехода с одним сверхпроводником

Международная группа ученых впервые получила экспериментальные доказательства работы устройства, аналогичного джозефсоновскому переходу, но с использованием всего одного сверхпроводника. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.

Иллюстрация показывает, как сверхпроводимость ванадия (желтый) трансформируется на барьере из оксида магния (зеленый), позволяя железу (синий) формировать электронные пары с одинаковым спином. Автор: Игор Жутич / Университет Буффало

Джозефсоновский переход, состоящий из двух сверхпроводников, разделенных тонким барьером, является ключевым элементом для квантовых компьютеров. В новом эксперименте сверхпроводящий ванадий «наводил» сверхпроводящие свойства через барьер из оксида магния на слой обычного железа.

Анализ электрических шумов показал, что в железе электроны начали двигаться скоординированными группами, что характерно для синхронизированного поведения в классическом джозефсоновском переходе. Это удивительно, так как железо является ферромагнетиком, а его свойства обычно противоречат сверхпроводимости.

«Типичный джозефсоновский переход с двумя сверхпроводниками — это как два армейских батальона, марширующих в ногу по разным берегам реки. В нашем эксперименте был только один батальон — и, кажется, его марш заставил граждан на другом берегу сформировать ополчение и начать маршировать под свой собственный барабан», — пояснил соавтор исследования Игор Жутич.

Ученые отмечают, что железо смогло образовывать пары электронов с одинаковым направлением спина, создавая особый тип сверхпроводимости. Это открытие может иметь значение для развития топологических сверхпроводников, которые более устойчивы к внешним помехам и лучше защищают квантовую информацию.

Еще одним потенциальным преимуществом является использование широко распространенных и коммерчески доступных материалов, таких как железо и оксид магния, которые уже применяются в жестких дисках и магнитной оперативной памяти.

Дополнительная информация: César González-Ruano et al, Giant shot noise in superconductor/ferromagnet junctions with orbital-symmetry- controlled spin-orbit coupling, Nature Communications (2025). DOI: 10.1038/s41467-025-64493-w