Um grupo de nanofotônica liderado pelo Prof. Brahim Lounis da Universidade de Bordeaux, incluindo cientistas do MIPT, realizou um experimento único envolvendo a manipulação óptica de vórtices individuais de Abrikosov em um supercondutor. Em seu artigo publicado em Nature Communications , os cientistas mencionam a possibilidade de projetar novas unidades lógicas baseadas em princípios quânticos para uso em supercomputadores.

O fenômeno da supercondutividade, ou resistência elétrica zero, ocorre em certos materiais na faixa de temperatura de -273 a -70 graus Celsius. Quando um material passa para o estado supercondutor, os campos de fluxo magnético são expelidos de seu volume. Um supercondutor tem todas as linhas de campo magnético ejetadas de seu interior ou permite a penetração parcial do campo magnético.

O fenômeno da penetração parcial foi explicado em 1957 por Alexei Abrikosov, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Física de 2003. Um material que não exibe expulsão completa do campo magnético é referido como supercondutor do tipo II. Abrikosov também demonstrou que esses supercondutores só podem ser penetrados por unidades de fluxo magnético discretas, um quantum de fluxo magnético de cada vez. À medida que o campo dentro de um supercondutor fica mais forte, ele dá origem aos loops de corrente cilíndricos conhecidos como vórtices de Abrikosov.

"Supercondutores Tipo II são usados ​​em todos os lugares, da medicina à energética e outras indústrias. Suas propriedades são determinadas pela 'matéria do vórtice, 'que torna a pesquisa sobre vórtices e a descoberta de maneiras de manipulá-los muito importante para a física moderna, "diz Ivan Veshchunov, um dos autores do estudo e pesquisador do Laboratório de Fenômenos Quânticos Topológicos em Sistemas Supercondutores do MIPT.

Para manipular os vórtices de Abrikosov, os cientistas usaram um feixe de laser focalizado. Este tipo de controle óptico de vórtice é possível pela tendência dos vórtices a serem atraídos para as regiões de alta temperatura em um supercondutor (neste caso, um filme de nióbio resfriado a -268 graus Celsius). Os pontos de acesso necessários podem ser criados aquecendo o material com um laser. Contudo, é crucial definir a potência correta do laser, já que o superaquecimento do material destrói suas propriedades supercondutoras.

Como os vórtices atuam como quanta de fluxo magnético, eles podem ser usados ​​para moldar o perfil de fluxo magnético geral, permitindo aos físicos realizar vários experimentos com supercondutores. Embora uma rede de vórtice triangular ocorra naturalmente em certos campos magnéticos, outros tipos de redes (e dispositivos como lentes de vórtice) podem ser criados movendo vórtices.

O método de manipulação de vórtice no estudo pode ser usado em computação quântica para o desenvolvimento de sistemas opticamente controlados, elementos lógicos quânticos de fluxo único rápido (RSFQ). Essa tecnologia é vista como promissora para o projeto de memórias super-rápidas para computadores quânticos. Os elementos lógicos baseados em RSFQ já são usados ​​em conversores digital para analógico e analógico para digital, magnetômetros de alta precisão, e células de memória. Vários protótipos de computadores baseados nesta tecnologia foram desenvolvidos, incluindo o FLUX-1 projetado por uma equipe de engenheiros dos EUA. Contudo, os elementos lógicos RSFQ nesses computadores são controlados principalmente por impulsos elétricos. A lógica opticamente controlada é uma tendência emergente em sistemas supercondutores.

Os experimentos realizados pelos cientistas podem ser aplicados em pesquisas futuras em vórtices de Abrikosov. Os físicos ainda precisam investigar os detalhes de como o aumento da temperatura atua para "liberar" os vórtices de seus locais e colocá-los em movimento. É provável que surjam mais pesquisas sobre a dinâmica dos vórtices nas redes de Abrikosov. Esta linha de pesquisa é crítica para a compreensão da física dos supercondutores, além de avaliar as perspectivas de tipos fundamentalmente novos de componentes microeletrônicos.