(Phys.org)—Gli scienziati hanno scoperto che una corrente superconduttiva scorre in una sola direzione attraverso un nanotubo chirale, segnando la prima osservazione degli effetti della chiralità sulla superconduttività. Fino ad ora, la superconduttività è stata dimostrata solo nei materiali achirali, in cui la corrente scorre in entrambe le direzioni allo stesso modo.

Il team di ricercatori, F. Qin et al ., dal Giappone, gli Stati Uniti, e Israele, hanno pubblicato un articolo sulla prima osservazione della superconduttività chirale in un recente numero di Comunicazioni sulla natura .

La superconduttività chirale combina due concetti tipicamente non correlati in un unico materiale:i materiali chirali hanno immagini speculari che non sono identiche, simile a come le mani sinistra e destra non sono identiche perché non possono essere sovrapposte l'una sull'altra. E i materiali superconduttori possono condurre una corrente elettrica con resistenza zero a temperature molto basse.

L'osservazione della superconduttività chirale è stata sperimentalmente impegnativa a causa dei requisiti del materiale. Sebbene i nanotubi di carbonio siano superconduttori, chirale, e comunemente disponibili, finora i ricercatori hanno dimostrato con successo il trasporto di elettroni superconduttori solo negli assemblaggi di nanotubi e non nei singoli nanotubi, che sono necessari per questo scopo.

"Il significato più importante del nostro lavoro è che la superconduttività viene realizzata per la prima volta in un singolo nanotubo, " ha detto il coautore Toshiya Ideue dell'Università di Tokyo Phys.org . "Ci consente di cercare proprietà superconduttive esotiche originate dalla struttura caratteristica (tubolare o chirale)".

Il raggiungimento è possibile solo con un nuovo materiale superconduttore bidimensionale chiamato disolfuro di tungsteno, un tipo di dicalcogenuro di metalli di transizione, che è una nuova classe di materiali che hanno potenziali applicazioni in elettronica, fotonica, e altre aree. I nanotubi di disolfuro di tungsteno sono superconduttori a basse temperature utilizzando un metodo chiamato gating liquido ionico e hanno anche una struttura chirale. Inoltre, è possibile far passare una corrente superconduttiva attraverso un singolo nanotubo di disolfuro di tungsteno.

Quando i ricercatori hanno fatto passare una corrente attraverso uno di questi nanotubi e hanno raffreddato il dispositivo fino a 5,8 K, la corrente è diventata superconduttiva, in questo caso il che significa che la sua normale resistenza è diminuita della metà. Quando i ricercatori hanno applicato un campo magnetico parallelo al nanotubo, hanno osservato piccoli segnali antisimmetrici che viaggiano in una sola direzione. Questi segnali sono trascurabilmente piccoli nei materiali superconduttori non chirali, e i ricercatori spiegano che la struttura chirale è responsabile del forte potenziamento di questi segnali.

"Il trasporto elettrico asimmetrico si realizza solo quando viene applicato un campo magnetico parallelo all'asse del tubo, "Ideue ha detto. "Se non c'è campo magnetico, la corrente dovrebbe fluire simmetricamente. Notiamo che la corrente elettrica dovrebbe essere asimmetrica (se il campo magnetico viene applicato parallelamente all'asse del tubo) anche nello stato normale (regione non superconduttiva), ma non siamo ancora riusciti a vedere alcun segnale discernibile nello stato normale, interessante, mostra un grande miglioramento nella regione superconduttiva".

Attualmente, i ricercatori non sono esattamente sicuri di cosa causi il trasporto elettrico asimmetrico nei nanotubi superconduttori chirali. Hanno in programma di indagare ulteriormente su questi meccanismi in futuro, che rivelerebbe una nuova visione della relazione tra superconduttività e chiralità.

"Il nostro prossimo piano è capire il meccanismo microscopico dei fenomeni osservati, "Ideue ha detto. "Inoltre, cercheremo di verificare l'universalità del trasporto superconduttore non reciproco e il suo potenziamento nella regione superconduttrice".

Anche se potrebbe essere troppo presto per dire che tipo di applicazioni potrebbe avere la superconduttività chirale, i ricercatori spiegano che l'effetto unidirezionale condivide somiglianze con le tecnologie esistenti.

"Una cosa che possiamo dire è che il trasporto elettrico non reciproco può essere inteso come un 'effetto di rettifica' o 'funzionalità diodo' (se è grande) in modo che possa essere usato per realizzare un 'diodo superconduttore' che potrebbe avere potenziale applicazioni per circuiti superconduttori, " ha detto Idea.

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