Лаборатория топологических квантовых явлений в сверхпроводящих системах

Научные результаты:

• Реализован эффект Джозефсона в контактах на основе топологических сверхпроводников и ферромагнитных материалов.
• Разработана теория сверхпроводящих гибридных структур. Методами сканирующей туннельной, магнитной и атомно-силовой спектроскопии, а также с помощью прецизицизионных низкотемпературных транспортных измерений проведены экспериментальные исследования.
• Разработаны методики изготовления и принципы работы элементов памяти на основе управляемых джозефсоновских структур сверхпроводник-ферромагнетик, изучен эффект Джозефсона в системах сверхпроводник - нанопроволока.
• Методами низкотемпературной магнитно-силовой микроскопии и декорирования ферромагнитными наночастицами впервые исследована структура магнитного потока на поверхности ферромагнитного сверхпроводника EuFe2(As1−xPx)2. Продемонстрирована спонтанная генерация квантовых пар вихрь-антивихрь и фазовый переход в доменное вихрево-антивихревое состояние. Разработана количественная теория этого явления и предложен новый способ реализации сверхпроводящих сверхрешеток, что дает беспрецедентную возможность для развития физики сверхпроводящих гибридных структур.
• Методом сканирующей туннельной спектроскопии показана возможность реализации вихрей Абрикосова, в тонких слоях несверхпроводящего металла (Cu) в гибридной структуре Cu/Nb. Обнаруженный эффект расширяет представления о природе эффекта близости в сверхпроводящих структурах и открывает новые возможности для практических применений в устройствах сверхпроводящей электроники.
• Предложен и исследован чувствительный метод для исследования ферромагнитного резонанса и соответствующих магнитных свойств отдельных микромасштабных ферромагнитных образцов, а также образцов из слабых ферромагнитных сплавов.
• Впервые проведено наблюдение сверхпроводимости, вызванной эффектом близости в дираковском полуметалле BiSb. Обнаружена 4π-периодность андреевских связанных состояний и сверхтока в джозефсоновских контактах Nb-BiSb-Nb. Использование топологических объемных свойств полуметалла делает устройства менее чувствительными к беспорядку и деградации поверхности. Полученные результаты формируют платформу для исследования нового типа сверхпроводимости и симметрии параметра порядка в топологических материалах и открывают новый путь к топологическим квантовым вычислениям.

Внедрение результатов исследования:

Получен патент «Способ изготовления устройства с субмикронным Джозефсоновским Пи-контактом» №2599904, приоритет 29.06.2015, автор: Столяров В. С.

Образование и переподготовка кадров:

• Защиты: 4 кандидатские диссертации, 8 выпускных квалификационных работ магистра, 7 выпускных квалификационных работ бакалавра.

• Проведены 1 конференция и 2 Международные школы молодых учёных «Сверхпроводящие гибридные наноструктуры: физика и применение».

• Организованы стажировки по направлению научного исследования в ведущих мировых научных организациях.

• Организованы стажировки в Лаборатории для молодых исследователей из российских и зарубежных сторонних организаций.

• Разработаны и внедрены в образовательный процесс более 10 курсов лекций, лабораторных работ и практикумов.

• Выпущена монография «Макроскопическая квантовая электроника: от основ к применениям. Учебное пособие в вопросах и задачах» под авторством Н. Клёнова, С. Бакурского, И. Соловьёва.

Организационные и инфраструктурные преобразования:

На базе Лабораторного корпуса МФТИ создана современная лаборатория, оснащенная уникальным оборудованием, в том числе низкотемпературным сверхвысоковакуумным туннельным микроскопом SPECs, атомносиловым/магнитосиловым микроскопом AFM/MFM AttoDRY1000, рефрижератором Blue-Force.

Сотрудничество:

Нагойский университет (Япония), Университет Хоккайдо (Япония), Аргоннская национальная лаборатория (США), Институт нанофизики (Франция), Университет Твенте (Нидерланды): совместные исследования, совместные научные мероприятия