Annica Black-Schaffer vuole capire i superconduttori non convenzionali. Il fatto che abbia recentemente ricevuto il prestigioso ERC Starting Grant ed è un ex beneficiario di sovvenzioni dalla Fondazione Knut e Alice Wallenberg è una testimonianza dell'interesse per la sua ricerca. Un'applicazione invitante sono i supercomputer di domani.

I superconduttori sono materiali che, a basse temperature, condurre correnti senza resistenza e senza rilasciare calore. Il fenomeno è stato scoperto nel 1911 e ora ha applicazioni come la risonanza magnetica, dove il necessario raffreddamento viene effettuato con elio.

"Quello che voglio è capire non convenzionale, superconduttori piuttosto insoliti e le loro proprietà e conseguenze, "dice Annica Black-Schaffer, docente senior e professore associato di Teoria dei materiali presso il Dipartimento di Fisica e Astronomia.

Un esempio sono i superconduttori topologici. La topologia in fisica viene utilizzata per descrivere come le proprietà di un materiale cambiano ed entrano in stati diversi in condizioni e temperature diverse, scoperte che diedero a David Thouless, Duncan Haldane e Michael Kosterlitz Premio Nobel 2016 per la Fisica.

Diversa funzione d'onda meccanica quantistica

Annica Black-Schaffer spiega che nei superconduttori topologici, la funzione d'onda della meccanica quantistica degli elettroni è diversa.

"Sono superconduttori, ma hanno una condizione metallica sul bordo o sulla superficie. Questo fenomeno dà origine a fermioni majorana che, in poche parole, sono metà degli elettroni. Un elettrone è in realtà una particella fondamentale che non può essere scissa. Ma in questi materiali, gli elettroni hanno due parti completamente separate. È esattamente come se l'elettrone fosse in due posti diversi contemporaneamente!"

Se anche i fermioni majorana possono essere attorcigliati e fatti cambiare posto, allora Annica Black-Schaffer e i suoi colleghi potrebbero teoricamente essere alla ricerca della soluzione per un computer quantistico durevole. In un computer quantistico, le informazioni sono gestite in qubit, o bit quantistici. Un qubit può essere uno e zero allo stesso tempo, che rende i calcoli molto più veloci dei computer di oggi, ma sono contemporaneamente molto più sensibili a disturbi come vibrazioni o variazioni di temperatura. Le proprietà dei fermioni majorana consentono a un computer quantistico di eludere questa sensibilità.

Proprietà di mappatura dei materiali

Sottolinea che la sua ricerca è una ricerca di base puramente teorica. Però, esperimenti sono già in corso in diverse parti del mondo, alcuni dei quali sono sponsorizzati da una grande azienda di software.

"Quello che stiamo facendo è mappare le proprietà dei materiali e calcolare quando compaiono i fermioni majorana e in quali circostanze".

Con un finanziamento iniziale da ERC di 15 milioni di corone svedesi alle spalle, Annica Black-Schaffer può ora continuare e studiare anche superconduttori ancora più non convenzionali con strane dipendenze di frequenza. elettroni, che altrimenti si evitano a causa di una carica negativa, formare coppie sotto superconduttività.

"Ma alcuni materiali hanno una dipendenza temporale tra entrambi gli elettroni, e quindi può sorgere la superconduttività a frequenza dispari, " spiega Annica Black-Schaffer.

Teorici e sperimentali

Ci sono molti altri materiali simili che lei e il suo gruppo di ricerca ora vogliono scoprire e studiare. Un nuovo materiale che hanno già trovato è il rutenato di stronzio, che è un noto superconduttore con proprietà molto speciali. Un altro obiettivo intermedio è capire in modo più approfondito cosa sono i superconduttori a frequenza dispari, e le loro conseguenze sperimentali.

"Come teorici, è entusiasmante vedere cosa fanno in pratica gli sperimentali dei nostri modelli. O viceversa:possono scoprire un fenomeno in cui affondare i denti, nel tentativo di spiegarlo!"