Период выполнения при поддержке РНФ: 2025-2027 гг.
В поисках новых квантовых состояний и их функциональных возможностей в мире быстро растет число исследований сверхпроводящих гибридных структур, особенно с использованием двумерных материалов. Цель таких работ состоит в индуцировании сверхпроводящих корреляций из сверхпроводника в несверхпроводящий 2D материал, сохранив при этом уникальные особенности сочетания электронных свойств обеих систем. Например, из-за возможности комбинации электрон-дырочной симметрии квазичастиц, присущей сверхпроводникам, с геликоидальной природой электронных состояний топологических материалов, открываются перспективы для реализации устойчивых майорановских состояний при нулевой энергии. Из тех же соображений ведется активный поиск и исследование функциональных систем на основе собственных 2D сверхпроводников. Кроме этого, важным с точки зрения применения является изучение сочетания магнитных и сверхпроводящих параметров порядка новых функциональных материалов. Для этого активно ведутся исследования взаимного влияния 2D сверхпроводящих и 2D магнитных систем, в число которых входят и некоторые сегнетоэлектрики/мультиферроики. Благодаря сверхтонкой структуре свойства 2D сверхпроводящих и сегнетоэлектрических/мультиферроидальных материалов можно эффективно контролировать с помощью различных технических ухищрений, включающих деформацию, легирование, контроль кристаллической фазы или приложение электрического/магнитного полей и другие. Зонная структура и фазовый состав слоистых 2D-материалов сильно зависят от их межслоевого взаимодействия и порядка упаковки, что также можно использовать для изучения взаимодействия сверхпроводящих, сегнетоэлектрических/мультиферроидальных и магнитных свойств. Такая управляемость функциональными свойствами широкого класса материалов создает предпосылки к более детальному изучению электрон-фононных взаимодействий, лежащих в основе электрофизических свойств различных систем, в том числе, определяющих критические характеристики сверхпроводников и сегнетоэлектриков/мультиферроиков. Таким образом, проект направлен на изучение возможности применения двумерных нанокристаллов, выращенных PVD/CVD (physical/chemical vapor deposition) способом (Рис.1), для формирования элементной базы низкодиссипативных сверхпроводниковых цифровых и квантовых устройств. В качестве пилотных материалов выбраны перспективные соединения, обладающие уникальными функциональными свойствами, в том числе, управляемыми благодаря размерным факторам. Можно выделить три основных направления, объединенные общей идеей и формально разделенной по типу материалов: i – исследование двумерных сверхпроводников состава MoS2 и использование их для реализации Ван-дер-Ваальсового джозефсоновского контакта сэндвичевой (послойной) конфигурации, управляемого электрическим затвором. Джозефсоновский контакт будет реализован регулированием порядка укладки MoS2 разных фаз (2M-MoS2/2H-MoS2, 2M-MoS2/1Т-MoS2, 2M-MoS2/3R-MoS2 и 2М-MoS2/GeSe): 2M-MoS2 – сверхпроводящей, 2H-MoS2 – изолирующей, 1Т-MoS2 – несверхпроводящей и 3R-MoS2 и GeSe – сегнетоэлектрических. ii – исследование двумерных мультиферроиков состава GexMn1-xTe (x=0–1) и последующая реализация планарного джозефсоновского контакта на его основе для изучения возможности реализации управляемого инвертора фазы сверхпроводящей волновой функции; iii – исследование сегнетоэлектриков/мультиферроиков, типа CuCrSe2 и др., и последующая реализация планарной гибридной системы сегнетоэлектрик(мультиферроик)/сверхпроводник, управляемой при помощи электрического/магнитного полей, генерации спонтанных токов в системе. Исследуемые структуры, состоящие из двумерных сверхпроводящих и сегнетоэлектрических/мультиферроидальных материалов, могут в ближайшем будущем быть использованы для разработки сверхпроводящих диодов и сверхпроводящих квантовых интерферометров, применяться для квантовых вычислений и обработки квантовой информации, а также в спинтронике.