Uma descoberta experimental de um fenômeno físico fundamental não é algo que acontece com frequência. No entanto, foi isso que os pesquisadores da Skoltech e seus colegas europeus conseguiram fazer recentemente:em seu artigo na Nature , eles relatam a demonstração experimental do chamado efeito de deslizamento de fase quântico coerente AC. É uma promessa comparável à do efeito Josephson, que está por trás do padrão atual de sensores de campo magnético ultrassensível e de voltagem.
O efeito de deslizamento de fase quântico coerente CA se manifesta como um padrão de etapas na corrente elétrica que flui através de nanofios supercondutores expostos a micro-ondas. O nanofio serve como uma barreira de túnel para os quanta de fluxo magnético, da mesma forma que uma fina camada de isolante entre dois supercondutores – conhecida como junção Josephson – serve como uma barreira de túnel para cargas elétricas. (Previsto em 1962 pelo cientista britânico Brian Josephson e nomeado em sua homenagem, a junção Josephson lhe rendeu o Prêmio Nobel de Física de 1973.)

Do ponto de vista da física clássica, uma junção Josephson não é diferente de uma quebra de circuito. No entanto, devido ao efeito de tunelamento da mecânica quântica, a corrente pode fluir sem qualquer resistência. Da mesma forma, embora a física clássica não permita que o fluxo magnético "pule" a barreira dos nanofios, ele pode, no entanto, atravessar um túnel graças às leis da física quântica.

O efeito de deslizamento de fase quântico coerente AC pode ter tanto potencial quanto o efeito Josephson. Este último veio a ser a base dos sensores de campo magnético ultrassensíveis, usados, entre outras coisas, para detectar os campos magnéticos muito fracos gerados no cérebro. Outra aplicação das junções Josephson tem a ver com o fato de que, sob exposição a micro-ondas, a corrente que flui através da junção pode exibir "passos" de tensão em vez de mudar de maneira suave.

Esses chamados passos de Shapiro fundamentam a metrologia quântica:o padrão atual de 1 volt depende de dispositivos com junções Josephson em vez de um acumulador químico de referência alojado em um escritório de pesos e medidas. Da mesma forma, o efeito de deslizamento de fase quântico coerente AC pode ser a base para um padrão quântico de 1 ampere. "Isso permite uma precisão sem precedentes, porque com ambos os efeitos, o tamanho do passo é determinado por leis fundamentais da natureza. Dada a supercondutividade, ela não depende das condições externas ou materiais usados ​​de forma alguma", o pesquisador principal do estudo, Professor Oleg Astafiev da Skoltech, comentou.

Em seu estudo na Natureza , o grupo de pesquisa da Skoltech liderado por Astafiev - que também chefia o Artificial Quantum Systems Lab no MIPT - relata observações do efeito de deslizamento de fase quântico coerente AC, um dos poucos efeitos físicos fundamentais restantes da supercondutividade que foram teoricamente previstos, mas não experimentalmente percebi. Ele se manifesta como passos reversos, ou duplos, de Shapiro em nanofios supercondutores, cujos gráficos de corrente-tensão exibem passos de corrente à medida que a voltagem é variada. Isso é análogo aos passos de tensão no conhecido efeito Shapiro nas junções Josephson.

Previsto já nos anos 90 pelos físicos soviéticos Konstantin Likharev, Alexander Zorin e Dmitri Averin, da Universidade Estadual de Lomonosov de Moscou, esses passos atuais até agora escaparam da observação experimental. No estudo recente, o grupo de pesquisa internacional liderado por Astafiev empregou uma nova abordagem. Crucial para o sucesso do experimento foi o material de nanofio que eles escolheram – filmes finos de nitreto de nióbio – bem como um projeto de circuito bastante peculiar:os pesquisadores depositaram componentes indutivos de tamanho micro, também feitos de nitreto de nióbio, ao lado do nanofio.

A observação dos passos reversos de Shapiro faz mais do que confirmar a existência desse fenômeno físico fundamental. O experimento também estabelece as bases para a criação de novos dispositivos úteis para pesquisa fundamental, desenvolvimento de padrões metrológicos e outras aplicações tecnológicas. + Explorar mais

Pesquisadores medem uma assinatura de interferência supercondutora em escala atômica