p Físicos da Universidade de Basel desenvolveram um instrumento minúsculo capaz de detectar campos magnéticos extremamente fracos. No coração do dispositivo supercondutor de interferência quântica estão duas camadas atomicamente finas de grafeno, que os pesquisadores combinaram com nitreto de boro. Instrumentos como este têm aplicações em áreas como a medicina, além de ser usado para pesquisar novos materiais. p Para medir campos magnéticos muito pequenos, pesquisadores costumam usar dispositivos de interferência quântica supercondutores, ou SQUIDs. Em medicina, seus usos incluem monitoramento da atividade cerebral ou cardíaca, por exemplo, enquanto nas ciências da terra os pesquisadores usam SQUIDs para caracterizar a composição das rochas ou detectar fluxos de água subterrânea. Os dispositivos também têm uma ampla gama de usos em outros campos aplicados e pesquisa básica.

p A equipe liderada pelo Professor Christian Schönenberger do Departamento de Física da University of Basel e do Swiss Nanoscience Institute conseguiu agora criar um dos menores SQUIDs já construídos. Os pesquisadores descreveram sua conquista na revista científica Nano Letras .

p Um anel supercondutor com elos fracos

p Um SQUID típico consiste em um anel supercondutor interrompido em dois pontos por uma película extremamente fina com propriedades normais de condução ou isolamento. Esses pontos, conhecidos como elos fracos, deve ser tão fino que os pares de elétrons responsáveis ​​pela supercondutividade sejam capazes de fazer um túnel através deles. Os pesquisadores recentemente também começaram a usar nanomateriais, como nanotubos, nanofios ou grafeno para formar os elos fracos que conectam os dois supercondutores.

p Como resultado de sua configuração, Os SQUIDs têm um limite crítico de corrente acima do qual o supercondutor sem resistência se torna um condutor com resistência normal. Este limite crítico é determinado pelo fluxo magnético que passa pelo anel. Medindo esta corrente crítica com precisão, os pesquisadores podem tirar conclusões sobre a força do campo magnético.

p SQUIDs com seis camadas

p "Nosso romance SQUID consiste em um complexo, pilha de seis camadas de materiais bidimensionais individuais, "explica o autor principal David Indolese. Dentro dele há duas monocamadas de grafeno separadas por uma camada muito fina de nitreto de boro isolante." Se dois contatos supercondutores forem conectados a este sanduíche, ele se comporta como um SQUID - o que significa que pode ser usado para detectar campos magnéticos extremamente fracos. "

p a) Um dispositivo de interferência quântica supercondutor convencional (SQUID) consiste em um anel supercondutor interrompido em dois pontos por elos fracos (neste caso, uma camada de grafeno). b) O novo SQUID é composto por uma pilha de materiais bidimensionais, incluindo duas camadas de grafeno separadas por uma fina película de nitreto de boro. (Universidade de Basel, Departamento de Física)

p Nesta configuração, as camadas de grafeno são os elos fracos, embora, em contraste com um SQUID regular, eles não estejam posicionados um ao lado do outro, mas um em cima do outro, alinhado horizontalmente. "Como resultado, nosso SQUID tem uma área de superfície muito pequena, limitado apenas pelas restrições da tecnologia de nanofabricação, "explica o Dr. Paritosh Karnatak da equipe de Schönenberger.

p O minúsculo dispositivo para medir campos magnéticos tem apenas cerca de 10 nanômetros de altura - cerca de um milésimo da espessura de um cabelo humano. O instrumento pode disparar supercorrentes que fluem em espaços minúsculos. Além disso, sua sensibilidade pode ser ajustada mudando a distância entre as camadas de grafeno. Com a ajuda de campos elétricos, os pesquisadores também são capazes de aumentar a intensidade do sinal, melhorando ainda mais a precisão da medição.

p Analisando isoladores topológicos

p O principal objetivo da equipe de pesquisa da Basiléia no desenvolvimento dos novos SQUIDs era analisar as correntes de borda de isoladores topológicos. Os isoladores topológicos são atualmente o foco de inúmeros grupos de pesquisa em todo o mundo. Dentro, eles se comportam como isolantes, enquanto do lado de fora - ou ao longo das bordas - eles conduzem a corrente quase sem perdas, tornando-os candidatos possíveis para uma ampla gama de aplicações no campo da eletrônica.

p "Com o novo SQUID, podemos determinar se essas supercorrentes sem perdas são devido às propriedades topológicas de um material, e, assim, diferenciá-los de materiais não topológicos. Isso é muito importante para o estudo de isoladores topológicos, "comentou Schönenberger sobre o projeto. No futuro, Os SQUIDs também podem ser usados ​​como amplificadores de baixo ruído para sinais elétricos de alta frequência, ou, por exemplo, para detectar ondas cerebrais locais (magnetoencefalografia), como seu design compacto significa que um grande número de dispositivos pode ser conectado em série.