Przełom przyszedł z niespodziewanej strony. Zamiast kontynuować bezowocne próby bezpośredniej detekcji, zespół z Instytutu Nielsa Bohra na Uniwersytecie Kopenhaskim obrał zupełnie nową strategię. Kierowany przez profesora Sauliusa Vaitiekėnasa zespół postanowił stworzyć własny system materiałowy, który odtwarzał kluczowe warunki występowania tych zagadkowych stanów. Ta pomysłowa zmiana podejścia okazała się kluczem do rozwiązania problemu.
Przełom w badaniach po sześciu dekadach
Teoria dotycząca stanów kwantowych w wirach nadprzewodzących pojawiła się już w latach 60. XX wieku, jednak przez kolejne dziesięciolecia pozostawała wyłącznie w sferze hipotez. Główną przeszkodą były wspomniane ekstremalnie niskie poziomy energetyczne, uniemożliwiające obserwację. Dopiero niekonwencjonalne podejście duńskich badaczy przyniosło rozwiązanie. Jak tłumaczy Vaitiekėnas, zbudowanie własnej platformy badawczej pozwoliło na obserwację analogicznych zjawisk w kontrolowanych warunkach. Dzięki temu naukowcy zyskali możliwość manipulowania parametrami eksperymentu.
Wyniki tych przełomowych prac zostały oficjalnie zaprezentowane w prestiżowym periodyku Physical Review Letters 22 maja 2025 roku.
Innowacyjna metoda badawcza
Sercem rozwiązania okazała się platforma półprzewodnikowo-nadprzewodnikowa, technologia opracowana w Kopenhadze około dekady temu. Naukowcy skonstruowali miniaturowy cylinder nadprzewodzący, a następnie zastosowali strumień magnetyczny do odtworzenia kluczowych zjawisk fizycznych. Cały proces przypominał znalezienie alternatywnej ścieżki do rozwiązania problemu, który wydawał się nie do rozwiązania. Dzięki tej metodzie udało się obejść fundamentalne ograniczenia dotychczasowych badań.
Czytaj także: Wydawało się to niemożliwe. Naukowcy odkrywają nietypowe zachowanie elektronów w nadprzewodniku
W praktyce zespół przeprowadził spektroskopię tunelową stanów podprzerwowych Andriejewa w specjalnie zaprojektowanych nanodrutach. Te hybrydowe struktury składają się z półprzewodnikowego rdzenia otoczonego nadprzewodzącą powłoką. W takich warunkach udało się zaobserwować analogi stanów naturalnie występujące w wirach Abrikosowa w nadprzewodnikach typu II. Szczególnie istotne okazało się odkrycie, że analogi te manifestują się jako jednowymiarowe osobliwości Van Hove, których odstępy energetyczne są porównywalne z przerwą nadprzewodzącą.
Najważniejszą cechą tych sztucznie wytworzonych stanów jest ich niezależność od energii Fermiego, co znacznie ułatwia obserwację w porównaniu z oryginalnymi zjawiskami. To właśnie ta właściwość stanowiła klucz do sukcesu całego przedsięwzięcia.
Perspektywy zastosowań
Co ciekawe, jak przyznaje Vaitiekėnas, odkrycie miało częściowo przypadkowy charakter – badacze natknęli się na te stany podczas eksperymentów. Mimo to, ich potencjał zastosowań wydaje się znaczący, choć należy podchodzić do tego z umiarkowanym optymizmem. Nowe stany mogą posłużyć do budowy hybrydowych symulatorów kwantowych, niezbędnych do badania skomplikowanych materiałów przyszłości. To istotny krok w rozwoju technologii kwantowych, choć minie zapewne sporo czasu, zanim przełoży się na praktyczne implementacje.
Czytaj także: Naukowcy odkryli ukryty wzór w prawach fizyki rządzących wszechświatem
Platforma półprzewodnikowo-nadprzewodnikowa, kopenhaski wynalazek sprzed dekady, ponownie udowodniła swoją uniwersalność. Może być wykorzystywana do badania różnorodnych stanów kwantowych, co otwiera drogę do dalszych odkryć. Duński przełom zamyka sześćdziesięcioletni rozdział w fizyce kwantowej, jednocześnie wskazując nowe kierunki badań. Pokazuje też, jak twórcze podejście do naukowego impasu może prowadzić do nieoczekiwanych rozwiązań, nawet gdy problem wydaje się nierozwiązywalny.