Annica Black-Schaffer quer entender os supercondutores não convencionais. O fato de ela ter recebido recentemente o prestigioso ERC Starting Grant e ser ex-bolsista da Knut and Alice Wallenberg Foundation é uma prova do interesse em sua pesquisa. Uma aplicação atraente são os supercomputadores de amanhã.

Supercondutores são materiais que, em baixas temperaturas, conduzem correntes sem resistência e sem liberar calor. O fenômeno foi descoberto em 1911 e agora tem aplicações como ressonâncias magnéticas, onde o resfriamento necessário é feito com hélio.

"O que eu quero é entender não convencional, supercondutores bastante incomuns e suas propriedades e consequências, "diz Annica Black-Schaffer, conferencista sênior e professor associado em teoria dos materiais no Departamento de Física e Astronomia.

Um exemplo são os supercondutores topológicos. A topologia em física é usada para descrever como as propriedades de um material mudam e entram em diferentes estados sob diferentes condições e temperaturas, descobertas que deram a David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz o Prêmio Nobel de Física 2016.

Função de onda mecânica quântica diferente

Annica Black-Schaffer explica que em supercondutores topológicos, a função de onda da mecânica quântica dos elétrons é diferente.

"Eles são supercondutores, mas eles têm uma condição metálica na borda ou superfície. Este fenômeno dá origem a férmions de majorana que, simplificado, são meio elétrons. Um elétron é realmente uma partícula fundamental que não pode ser dividida. Mas nesses materiais, os elétrons têm duas partes completamente separadas. É exatamente como se o elétron estivesse em dois lugares diferentes ao mesmo tempo! "

Se os férmions majorana também puderem ser torcidos e mudados de lugar, então Annica Black-Schaffer e seus colegas podem teoricamente estar na solução para um computador quântico durável. Em um computador quântico, a informação é tratada em qubits, ou bits quânticos. Um qubit pode ser um e zero ao mesmo tempo, o que torna os cálculos muito mais rápidos do que os computadores de hoje, mas são simultaneamente muito mais sensíveis a distúrbios como vibrações ou mudanças de temperatura. As propriedades dos férmions majorana permitem que um computador quântico evite essa sensibilidade.

Mapeamento de propriedades de materiais

Ela enfatiza que sua pesquisa é puramente pesquisa básica teórica. Contudo, experimentos já estão em andamento em várias partes do mundo, alguns dos quais são patrocinados por uma grande empresa de software.

"O que estamos fazendo é mapear as propriedades dos materiais e calcular quando os férmions majorana aparecem e em que circunstâncias."

Com financiamento inicial do ERC de SEK 15 milhões atrás dela, Annica Black-Schaffer pode agora continuar e também estudar supercondutores ainda mais não convencionais com dependências de frequência ímpares. Elétrons, que de outra forma evitam um ao outro devido a uma carga negativa, formar pares sob supercondutividade.

"Mas alguns materiais têm uma dependência do tempo entre os dois elétrons, e então a supercondutividade de frequência ímpar pode surgir, "explica Annica Black-Schaffer.

Teóricos e experimentalistas

Existem muitos outros materiais que ela e seu grupo de pesquisa agora desejam descobrir e estudar. Um novo material que eles já encontraram é o rutenato de estrôncio, que é um supercondutor bem conhecido com propriedades muito especiais. Outro objetivo provisório é entender em maior profundidade o que são supercondutores de frequência ímpar, e suas consequências experimentais.

"Como teóricos, é emocionante ver o que os experimentalistas fazem de nossos modelos na prática. Ou o inverso - eles podem descobrir um fenômeno no qual cravamos nossos dentes, em um esforço para explicá-lo! "