超导设备中发现的量子力学“分子”

RIKEN的物理学家在超导电路中创造了类似分子的电子态，有望在未来的量子计算机中使用

超导体最明显的优点—对电子流没有电阻的材料—在电子电路中，它们不会产生任何浪费的热量，这限制了传统电路的能源效率

但他们还有另一大优势。超导性是由于电子之间的量子力学相互作用而产生的。这些奇特的效果可以在设备中得到利用，为它们提供传统设备无法提供的广泛功能

现在，理研紧急物质科学中心的Sadashige Matsuo及其同事已经研究了这种影响。它被称为安德列夫分子，可以用于未来量子计算机的量子信息技术。这篇论文发表在《自然通讯》杂志上

超导电路的基本组成部分是约瑟夫逊结：一种将正常材料夹在两个超导体之间制成的器件，可以控制超电流的流动

在正常材料与超导体接触的地方，正常材料中的一个电子被反射为空穴，并在超导体中产生一对电子。这种反射在约瑟夫逊结的正常材料中形成束缚态，即所谓的安德列夫束缚态

如果两个约瑟夫逊结足够近，它们可以通过相互连接形成安德列夫分子。Matsuo和他的同事专注于共用一个短超导电极的两个约瑟夫逊结。在该结构中，不同结中的Andreev束缚态有望通过共享电极相互连接

“当这些Andreev分子存在时，一个约瑟夫逊结可以控制另一个约瑟夫森结，”Matsuo解释道。“然后出现了奇异而有用的超导输运现象，比如约瑟夫逊二极管效应，这种效应可能会导致超导电路中的整流器损耗降低。”。然后，他们通过一个由铝制成的共享超导电极将它们耦合在一起，该电极在非常低的温度下是超导的

该团队通过测量在不同外加电压和磁场强度下到结的隧穿电流来研究这种结构的电子性质，这项技术被称为隧穿光谱。这使他们能够观察到与安德列夫分子相对应的约瑟夫逊结中的能级

“研究人员之前已经报道了不同器件结构中Andreev分子的光谱特征，”Matsuo说。“但我们现在已经成功地在耦合的约瑟夫逊结中观察到了它们，并首次证明了它们的可控性。

”我们的工作提供了关于安德列夫分子的基本信息。这将为未来在耦合约瑟夫逊结中设计奇异的超导输运现象铺平道路。