Pesquisadores da Universidade de Basel e da Universidade de Lund geraram estados de pares supercondutores de elétrons em vários segmentos de um nanofio, separados por barreiras crescentes. Dependendo da altura das barreiras, estes estados de pares podem ser acoplados e fundidos.



Os resultados foram publicados em Física das Comunicações e fornecer insights importantes para o desenvolvimento de novos estados quânticos.

Em um supercondutor, os elétrons formam uma espécie de par que resulta em novas propriedades do material, como correntes sem dissipação. Se um material semicondutor for colocado em contato com um supercondutor, os elétrons de um semicondutor também podem entrar em estados de pares semelhantes, conhecidos como estados ligados de Andreev (ABSs).

Esses estados que se formam em cristais individuais, longos e finos – os chamados nanofios – tornaram-se o foco de pesquisas crescentes durante vários anos, pois podem ser portadores de informação particularmente bons.

Analogias com a química

Pesquisadores da equipe do professor Christian Schönenberger e do Dr. Andreas Baumgartner do Departamento de Física e do Instituto Suíço de Nanociência da Universidade de Basel e colegas da Universidade de Lund conseguiram agora gerar esses estados de pares em três segmentos de um nanofio, que são separados por barreiras cultivadas no cristal. Os cientistas são capazes de manipular a altura das barreiras usando uma voltagem elétrica.

“Podemos identificar os respectivos estados pelas características da corrente elétrica”, explica o primeiro autor da publicação, Dr. Christian Jünger. Se as barreiras forem grandes, então estados individuais e independentes ligados a Andreev se formam nos dois segmentos próximos a um supercondutor.

Análogo aos estados de um elétron nos átomos naturais da química, estes podem ser considerados átomos de Andreev. Quando as barreiras entre os segmentos são reduzidas, os ABSs ficam acoplados, formando estados frequentemente chamados de moléculas de Andreev.

Quando os pesquisadores abaixam as barreiras quase completamente, são criados estados de pares que se estendem por todo o nanofio e conduzem corrente elétrica sem dissipação – um fenômeno conhecido como efeito Josephson. "Isso corresponde a uma fusão dos estados originais ligados a Andreev em hélio de Andreev - semelhante aos átomos de hidrogênio fundidos", diz o Dr. Andreas Baumgartner.

Em experimentos futuros, os pesquisadores investigarão esse processo de fusão com um tipo semelhante de estados de pares, os chamados estados ligados de Majorana, e assim darão um passo importante em direção à aplicação em computadores quânticos.

Mais informações: Christian Jünger et al, Estados intermediários na fusão de estados ligados a Andreev, Física das Comunicações (2023). DOI:10.1038/s42005-023-01273-2
Informações do diário: Física das Comunicações

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