Em um desenvolvimento significativo no campo da supercondutividade, pesquisadores da Universidade de Manchester alcançaram com sucesso uma supercondutividade robusta em campos magnéticos elevados usando um sistema unidimensional (1D) recém-criado. Esta descoberta oferece um caminho promissor para alcançar a supercondutividade no regime quântico de Hall, um desafio de longa data na física da matéria condensada.



A supercondutividade, a capacidade de certos materiais de conduzir eletricidade com resistência zero, possui um profundo potencial para avanços nas tecnologias quânticas. No entanto, alcançar a supercondutividade no regime Hall quântico, caracterizado pela condutância elétrica quantizada, provou ser um grande desafio.

A pesquisa, publicada esta semana (25 de abril de 2024) na Nature , detalha o extenso trabalho da equipe de Manchester liderada pelo professor Andre Geim, Dr. Na Xin para alcançar a supercondutividade no regime quântico de Hall. Seus esforços iniciais seguiram a rota convencional, onde os estados extremos de contrapropagação foram aproximados uns dos outros. No entanto, esta abordagem revelou-se limitada.

“Nossos experimentos iniciais foram motivados principalmente pelo forte interesse persistente na supercondutividade de proximidade induzida ao longo dos estados quânticos de borda de Hall”, explica o Dr. "Essa possibilidade levou a inúmeras previsões teóricas sobre o surgimento de novas partículas conhecidas como anyons não-abelianos."

A equipe então explorou uma nova estratégia inspirada em seus trabalhos anteriores, demonstrando que as fronteiras entre os domínios do grafeno poderiam ser altamente condutivas. Ao colocar essas paredes de domínio entre dois supercondutores, eles alcançaram a proximidade final desejada entre os estados de borda de contrapropagação, minimizando os efeitos da desordem.

"Fomos encorajados a observar grandes supercorrentes em temperaturas relativamente 'amenas' de até 1 Kelvin em cada dispositivo que fabricamos", lembra o Dr. Barrier.

Investigações adicionais revelaram que a supercondutividade de proximidade originou-se não dos estados quânticos de borda de Hall que se propagam ao longo das paredes do domínio, mas sim de estados eletrônicos estritamente 1D existentes dentro das próprias paredes do domínio.

Esses estados 1D, cuja existência foi comprovada pelo grupo teórico do professor Vladimir Fal'ko no Instituto Nacional de Grafeno, exibiram uma maior capacidade de hibridizar com a supercondutividade em comparação com os estados quânticos de borda de Hall. Acredita-se que a natureza unidimensional inerente dos estados interiores seja responsável pelas supercorrentes robustas observadas em campos magnéticos elevados.

Esta descoberta da supercondutividade 1D monomodo mostra caminhos interessantes para pesquisas futuras. “Em nossos dispositivos, os elétrons se propagam em duas direções opostas dentro do mesmo espaço em nanoescala e sem dispersão”, elabora o Dr. "Tais sistemas 1D são excepcionalmente raros e prometem resolver uma ampla gama de problemas na física fundamental."

A equipe já demonstrou a capacidade de manipular esses estados eletrônicos usando tensão de porta e observar ondas eletrônicas estacionárias que modulavam as propriedades supercondutoras.

"É fascinante pensar o que este novo sistema pode nos trazer no futuro. A supercondutividade 1D apresenta um caminho alternativo para a realização de quasipartículas topológicas combinando o efeito Hall quântico e a supercondutividade", conclui o Dr. "Este é apenas um exemplo do vasto potencial que nossas descobertas possuem."

Esta pesquisa da Universidade de Manchester, 20 anos após o advento do primeiro material 2D, o grafeno, representa mais um passo em frente no campo da supercondutividade. Espera-se que o desenvolvimento deste novo supercondutor 1D abra portas para avanços nas tecnologias quânticas e abra caminho para uma maior exploração de novas físicas, atraindo o interesse de várias comunidades científicas.

Mais informações: Andre Geim, Supercondutividade de proximidade unidimensional no regime quântico de Hall, Natureza (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07271-w. www.nature.com/articles/s41586-024-07271-w
Informações do diário: Natureza

Fornecido pela Universidade de Manchester