Un team internazionale che comprende ricercatori dell'Università di Würzburg è riuscito a creare uno speciale stato di superconduttività. Questa scoperta potrebbe far avanzare lo sviluppo dei computer quantistici. I risultati sono pubblicati in Fisica della natura.
I superconduttori sono materiali che possono condurre elettricità senza resistenza elettrica, il che li rende il materiale di base ideale per i componenti elettronici nelle macchine per risonanza magnetica, nei treni a levitazione magnetica e persino negli acceleratori di particelle. Tuttavia, i superconduttori convenzionali vengono facilmente disturbati dal magnetismo. Un gruppo internazionale di ricercatori è ora riuscito a costruire un dispositivo ibrido costituito da un superconduttore prossimale stabile potenziato dal magnetismo e la cui funzione può essere controllata in modo specifico.
Hanno combinato il superconduttore con uno speciale semiconduttore materiale noto come isolante topologico. “Gli isolanti topologici sono materiali che conducono l’elettricità sulla loro superficie ma non all’interno. Ciò è dovuto alla loro struttura topologica unica, cioè alla disposizione speciale degli elettroni", spiega il professor Charles Gould, fisico presso l'Istituto per gli isolanti topologici dell'Università di Würzburg (JMU). “La cosa interessante è che possiamo dotare gli isolanti topologici di atomi magnetici in modo che possano essere controllati da un magnete”.
I superconduttori e gli isolanti topologici sono stati accoppiati per formare una cosiddetta giunzione Josephson, una connessione tra due superconduttori separati da un sottile strato di materiale non superconduttore. "Questo ci ha permesso di combinare le proprietà della superconduttività e dei semiconduttori", afferma Gould.
“Così combiniamo i vantaggi di un superconduttore con la controllabilità dell’isolante topologico. Utilizzando un campo magnetico esterno, ora possiamo controllare con precisione le proprietà superconduttrici. Questa è una vera svolta nella fisica quantistica”.
La superconduttività incontra il magnetismo
La speciale combinazione crea uno stato esotico in cui la superconduttività e il magnetismo si combinano: normalmente si tratta di fenomeni opposti che raramente coesistono. Questo è noto come stato Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO) indotto dalla prossimità.
Il nuovo “superconduttore con funzione di controllo” potrebbe essere importante per applicazioni pratiche, come lo sviluppo di computer quantistici. A differenza dei computer convenzionali, i computer quantistici non si basano su bit ma su bit quantistici (qubit), che possono assumere non solo due ma diversi stati contemporaneamente.
"Il problema è che i bit quantistici sono attualmente molto instabili perché sono estremamente sensibili alle influenze esterne, come i campi elettrici o magnetici", afferma Gould. “La nostra scoperta potrebbe aiutare a stabilizzare i bit quantistici in modo che possano essere utilizzati nei computer quantistici in futuro”.