Диоды — устройства, позволяющие току двигаться только в одном направлении, широко применяются в вычислительных системах. Современные полупроводящие микрочипы содержат миллиарды таких транзисторов. Однако из-за электрического сопротивления они нагреваться и требуют большого количества энергии на охлаждение. По данным журнала Nature за 2018 год, такие прожорливые системы могут израсходовать почти 20% мировой выработки электроэнергии за десять лет.

Три года назад специалисты из MIT занимались исследованием экзотических частиц — майорановских фермионов. Ученые предположили, что эти частицы могут привести к появлению новой семьи топологических кубитов, строительных элементов квантовых компьютеров. Обдумывая методы создания сверхпроводящих диодов, ученые установили, что платформа, которую они придумали для майорановских фермионов, может подойти и для решения проблемы диодов.

Так и вышло, пишет MIT News. Использовав эту платформу, они разработали новые варианты сверхпроводящих диодов, каждый эффективнее прежнего. Один из них, например, состоял из сверхпроводящего слоя с ферромагнитным изолятором. Под действием магнитного поля устройство создавало значительный диодный эффект, сохранявший стабильность даже когда магнитное поле отключали.

Это происходило, как выяснили ученые, из-за действия экранирующего эффекта Мейснера. Крошечное магнитное поле, которое они применяли — либо напрямую, либо через ферромагнитный слой — активировали механизм экранирования тока для вытеснения внешнего магнитного поля и поддержания сверхпроводимости.

Также ученые обнаружили, что другой ключевой фактор оптимизации этих диодов состоит в мельчайших различиях между двумя сторонами, или гранями устройства. Они создают нечто вроде асимметрии в том, как магнитное поле проникает в сверхпроводник. Разработав свои формы граней, исследователи оптимизировали эти различия и увидели, что они могут поднять эффективность с 20% до 50% с лишним. И это, считают ученые, не предел.

Команда физиков из США опубликовала статью о прорывном исследовании природы определенного класса субатомных частиц, чье существование не удавалось подтвердить почти сотню лет. Ученые предложили новый способ объяснения взаимодействия фермионов Вейля с определенными материалами. Их работа открывает новые пути изучения связей между миром частиц и макромиром.