p Supercondutores contêm minúsculos tornados de supercorrente, chamados filamentos de vórtice, que criam resistência quando se movem. Isso afeta a maneira como os supercondutores conduzem a corrente. p Mas um "interruptor" controlado por ímã na configuração do supercondutor oferece flexibilidade sem precedentes no gerenciamento da localização dos filamentos de vórtice, alterando as propriedades do supercondutor, de acordo com um novo artigo na Nature Nanotechnology.

p "Trabalhamos com supercondutores e como torná-los melhores para as aplicações, "disse Boldizsár Jankó professor do Departamento de Física da Universidade de Notre Dame e co-autor correspondente no artigo." Um dos maiores problemas na tecnologia de supercondutores é que a maioria deles tem esses filamentos, esses minúsculos tornados de supercorrente. Quando estes se movem, então você tem resistência. "

p Os pesquisadores têm tentado projetar novos dispositivos e novas tecnologias para "fixar, "ou prenda, esses filamentos para uma posição especificada. Esforços anteriores para fixar os filamentos, tais como irradiação ou perfuração de orifícios no supercondutor, resultou em estática, matrizes imutáveis, ou arranjos ordenados de filamentos. Um novo, sistema dinâmico descoberto por Jankó e colaboradores permitirá ajustes contínuos, alterando as propriedades do material ao longo do tempo. Os resultados da pesquisa foram publicados 11 de junho em Nature Nanotechnology em um artigo intitulado "Frustração geométrica comutável em um hetero-sistema supercondutor / gelo artificial".

p A solução dos colaboradores sobrepõe o supercondutor com um gelo de rotação artificial que consiste em uma matriz de ímãs em barra em nanoescala interagindo. Reorganizar as orientações magnéticas desses ímãs de nanobarras resulta em um rearranjo em tempo real da fixação no local supercondutor. Isso torna possível vários, configurações de ciclo de centrifugação reversíveis para os vórtices. Spin é natural de uma partícula, momento angular.

p "A principal descoberta aqui é a nossa capacidade de reconfigurar esses locais de rotação reversivelmente e, em vez de ter apenas uma configuração de ciclo de rotação para os vórtices, agora temos muitos, e podemos alterná-los para frente e para trás, "Disse Jankó. As cargas magnéticas têm o mesmo efeito de fixação que os furos perfurados em outros sistemas, mas não se limitam a uma configuração estática, Ele descreveu. Por exemplo, os ímãs podem ser dispostos para criar mais ou menos resistência no supercondutor. A unidade elementar potencialmente poderia ser combinada em um circuito capaz de manipulação lógica.

p Yong-Lei Wang, professor assistente de pesquisa no Departamento de Física e co-primeiro / co-autor correspondente no artigo, que também é afiliado ao Laboratório Nacional de Argonne e à Universidade de Nanjing, já havia descrito uma estrutura de spin artificial, ou gelo de carga magnética, que pode ser ajustado para várias configurações relativamente estáveis. As estruturas são chamadas de gelo porque envolvem deformações atômicas padronizadas semelhantes às ligações de oxigênio quando a água congela. No estudo atual, Jankó propôs aplicar o sistema a supercondutores.

p "Demonstramos que geometrias não convencionais de gelo de rotação artificial podem imitar a distribuição de carga de um sistema de gelo de rotação quadrada artificial, permitindo controle sem precedentes sobre os locais de carga por meio de campos magnéticos locais e externos, "Wang disse." Nós mostramos agora que tal controle sobre cargas magnéticas pode ser explorado no controle de fluxos quânticos em uma heteroestrutura de gelo de spin / supercondutor. "Ele acrescentou que o sucesso resultou da estreita colaboração entre experimentalistas e teóricos.

p Como o controle dos fluxos quânticos é difícil de visualizar em um experimento, simulações foram necessárias para reproduzir os resultados com sucesso, disse Xiaoyu Ma, um aluno de doutorado do Departamento de Física que conduziu a simulação computacional no estudo e é o co-autor do artigo. As simulações permitiram aos pesquisadores ver detalhadamente os processos envolvidos. "O número de configurações de vórtice que podemos realizar é enorme, e podemos projetar e reconfigurá-los localmente, site por site, - disse Ma. - Isso nunca foi percebido antes.

p Espera-se que a pesquisa forneça um novo cenário em nanoescala para o projeto e manipulação de ordem geométrica e frustração - um fenômeno importante no magnetismo relacionado ao arranjo de spins - em uma ampla gama de sistemas de materiais, Wang observou. Isso inclui skyrmions magnéticos, materiais bidimensionais, isolantes topológicos / semimetais e colóides em materiais moles.

p "Isso pode levar a novas funcionalidades, Wang disse. "Acreditamos que este trabalho abrirá uma nova direção na aplicação de sistemas geométricos de materiais frustrados."