Pesquisadores criam supercondutor estável aprimorado por magnetismo

O layout do dispositivo e um esquema da modulação espacial de Re(Ψ(r)). a, Um esquema de um JJ de contato lateral com o poço quântico indicado em vermelho. b, Uma imagem de microscopia Nomarski de um JJ investigado. c, Um esquema de Re(Ψ(r)) com aumento na energia de Zeeman, para campo zero, uma junção 0 e uma junção π. Os tons de azul mais escuro indicam valores mais positivos, e o vermelho mais escuro mais negativo, e o branco marca os cruzamentos de zero. Crédito:Física da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41567-024-02477-1

Uma equipe internacional que inclui pesquisadores da Universidade de Würzburg conseguiu criar um estado especial de supercondutividade. Esta descoberta pode avançar no desenvolvimento de computadores quânticos. Os resultados são publicados em Nature Physics .

Supercondutores são materiais que podem conduzir eletricidade sem resistência elétrica – tornando-os o material de base ideal para componentes eletrônicos em máquinas de ressonância magnética, trens de levitação magnética e até mesmo aceleradores de partículas. No entanto, os supercondutores convencionais são facilmente perturbados pelo magnetismo. Um grupo internacional de pesquisadores conseguiu agora construir um dispositivo híbrido que consiste em um supercondutor próximo estável aprimorado por magnetismo e cuja função pode ser controlada especificamente.

Eles combinaram o supercondutor com um material semicondutor especial conhecido como isolante topológico. "Isoladores topológicos são materiais que conduzem eletricidade em sua superfície, mas não em seu interior. Isso se deve à sua estrutura topológica única, ou seja, ao arranjo especial dos elétrons", explica o professor Charles Gould, físico do Instituto de Isoladores Topológicos da Universidade. de Wurtzburgo (JMU). "O interessante é que podemos equipar isoladores topológicos com átomos magnéticos para que possam ser controlados por um ímã."

Os supercondutores e isoladores topológicos foram acoplados para formar a chamada junção Josephson, uma conexão entre dois supercondutores separados por uma fina camada de material não supercondutor. “Isso nos permitiu combinar as propriedades da supercondutividade e dos semicondutores”, diz Gould.

"Assim, combinamos as vantagens de um supercondutor com a controlabilidade do isolador topológico. Usando um campo magnético externo, podemos agora controlar com precisão as propriedades supercondutoras. Este é um verdadeiro avanço na física quântica."

Porta-amostras para medições em milikelvin (-273 °C). Crédito:Mandal/JMU

A supercondutividade encontra o magnetismo

A combinação especial cria um estado exótico em que a supercondutividade e o magnetismo são combinados – normalmente estes são fenómenos opostos que raramente coexistem. Isso é conhecido como estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO) induzido por proximidade.

O novo “supercondutor com função de controle” pode ser importante para aplicações práticas, como o desenvolvimento de computadores quânticos. Ao contrário dos computadores convencionais, os computadores quânticos não são baseados em bits, mas em bits quânticos (qubits), que podem assumir não apenas dois, mas vários estados simultaneamente.

“O problema é que os bits quânticos são atualmente muito instáveis porque são extremamente sensíveis a influências externas, como campos elétricos ou magnéticos”, diz Gould. “Nossa descoberta pode ajudar a estabilizar bits quânticos para que possam ser usados em computadores quânticos no futuro”.

Mais informações: Pankaj Mandal et al, Supercorrente magneticamente ajustável em junções Josephson baseadas em isolador topológico magnético diluído, Nature Physics (2024). DOI:10.1038/s41567-024-02477-1
Informações do diário: Física da Natureza

Fornecido por Julius-Maximilians-Universität Würzburg

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