Международен екип от изследователи, ръководен от университета в Осака, съобщи за първото успешно наблюдение на т.нар. ефект на свръхпроводящия диод. Откритието може да приближи сливането на две ключови области в електрониката – свръхпроводимостта и полупроводниковата технология – в едно цяло, принципно ново поколение устройства.

В статия, публикувана в Communications Physics, екипът описва поведението на хетероструктура на основата на Fe(Se,Te)/FeTe. По време на експериментите се оказва, че материалът започва да „предпочита“ движението на тока в една определена посока – това явление се нарича ректификация и е в основата на работата на диодите. В конвенционалната електроника тази функция се постига чрез свойствата на полупроводниците, които контролират преминаването на електроните. Но в свръхпроводниците – материали с нулево съпротивление – постигането на насочен ток отдавна не можеше да се постигне.

Както обяснява един от авторите на изследването, Джуичи Шиогай, тайната на успеха се крие в избора на подходящия материал. Желязо-селен-телурид е особено обещаващ поради високите си експлоатационни характеристики: температурата на прехода в свръхпроводимо състояние, допустимото магнитно поле и плътността на тока. Именно това даде на изследователите широко пространство за наблюдение на желания ефект.

Експериментите показаха, че когато се променят температурата и силата на магнитното поле, токът в образеца започва да тече предимно в една посока. Внимателният анализ позволи на учените да създадат модел, който да обясни това поведение. Ключовият механизъм се оказаха т.нар. пинингови квантови вихри – специални образувания в свръхпроводниците, възникващи под въздействието на магнитно поле. Силното взаимодействие между спина и електронната орбита променя структурата на тези вихри, като ги прави по-стабилни в едната посока и по-малко в другата, което нарушава симетрията на движението на тока.

Наблюдаваната линейна зависимост между ефективността на диодния ефект и нивото на поляризация само затвърждава изводите на изследователите. Според Шиогай това откритие би могло да бъде основа за създаването на ново поколение свръхпроводящи диоди – устройства, които пропускат тока само в едната посока при минимални енергийни разходи. Ако по-нататъшните експерименти потвърдят стабилността на ефекта, това ще бъде стъпка към създаването на принципно нова електроника с рекордна енергийна ефективност.