Em um estudo publicado na Nano Letters , os pesquisadores demonstraram uma nova técnica para medir as excitações quânticas em materiais supercondutores com precisão atômica pela primeira vez. Detectar essas excitações é um passo importante para entender supercondutores exóticos, o que pode nos ajudar a melhorar os computadores quânticos e talvez até abrir caminho para supercondutores à temperatura ambiente.
Supercondutores são materiais sem resistência elétrica, geralmente exigindo temperaturas extremamente baixas. Eles são usados ​​em uma ampla gama de domínios, desde aplicações médicas até um papel central em computadores quânticos. A supercondutividade é causada por pares de elétrons especialmente ligados, conhecidos como pares de Cooper. Até agora, a ocorrência de pares de Cooper foi medida indiretamente macroscopicamente em massa, mas uma nova técnica desenvolvida por pesquisadores da Universidade de Aalto e do Oak Ridge National Laboratories, nos EUA, pode detectar sua ocorrência com precisão atômica.

Os experimentos foram realizados por Wonhee Ko e Petro Maksymovych no Oak Ridge National Laboratory, com o apoio teórico do professor Jose Lado da Aalto University. Os elétrons podem fazer um "túnel quântico" através das barreiras de energia, pulando de um sistema para outro através do espaço de uma maneira que não pode ser explicada pela física clássica. Por exemplo, se um elétron emparelha com outro elétron exatamente no ponto em que um metal e um supercondutor se encontram, ele pode formar um par de Cooper que entra no supercondutor enquanto também "retorna" outro tipo de partícula para o metal em um processo conhecido como Andreev. reflexão. Os pesquisadores procuraram essas reflexões de Andreev para detectar pares de Cooper.

Para fazer isso, eles mediram a corrente elétrica entre uma ponta metálica atomicamente afiada e um supercondutor, bem como como a corrente dependia da separação entre a ponta e o supercondutor. Isso permitiu que eles detectassem a quantidade de reflexão de Andreev voltando ao supercondutor, mantendo uma resolução de imagem comparável a átomos individuais. Os resultados do experimento corresponderam exatamente ao modelo teórico de Lado.

Essa detecção experimental de pares de Cooper em escala atômica fornece um método totalmente novo para entender materiais quânticos. Pela primeira vez, os pesquisadores podem determinar com exclusividade como as funções de onda dos pares de Cooper são reconstruídas em escala atômica e como elas interagem com impurezas em escala atômica e outros obstáculos.

“Esta técnica estabelece uma nova metodologia crítica para entender a estrutura quântica interna de tipos exóticos de supercondutores conhecidos como supercondutores não convencionais, potencialmente nos permitindo enfrentar uma variedade de problemas abertos em materiais quânticos”, diz Lado. Os supercondutores não convencionais são um potencial bloco de construção fundamental para computadores quânticos e podem fornecer uma plataforma para realizar a supercondutividade à temperatura ambiente. Os pares de Cooper têm estruturas internas únicas em supercondutores não convencionais que até agora têm sido difíceis de entender.

Esta descoberta permite a sondagem direta do estado dos pares de Cooper em supercondutores não convencionais, estabelecendo uma nova técnica crítica para toda uma família de materiais quânticos. Ele representa um grande passo à frente em nossa compreensão dos materiais quânticos e ajuda a impulsionar o trabalho de desenvolvimento de tecnologias quânticas. + Explorar mais

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