Gli scienziati di tutto il mondo sono impegnati nella ricerca di superconduttori chirali, che si prevede siano ideali per la costruzione di computer quantistici. Fino ad ora, non è stato facile determinare se un materiale è chiaramente un superconduttore chirale o meno. Insieme ai loro colleghi di Stoccolma, i fisici teorici dell'Università di Utrecht hanno recentemente scoperto che nei superconduttori chirali si verifica un effetto unico che dovrebbe essere facile da misurare. Oltre ad essere interessante dal punto di vista teorico, questo effetto semplifica anche la ricerca di un superconduttore chirale. I risultati della ricerca sono pubblicati in Lettere di revisione fisica .

"Mostriamo che si può generare una corrente elettrica semplicemente deformando nel modo giusto questo tipo di superconduttore, quindi non hai bisogno di tensione o un campo magnetico. È come una specie di dispositivo elettrico origami, " spiega il capo della ricerca, la prof.ssa Cristine Morais Smith dell'Università di Utrecht. "Quando si piega il materiale in un modo speciale, una corrente elettrica inizia a correre, e si ferma quando lo pieghi indietro."

Particelle di Majorana

La differenza tra un superconduttore "normale" e uno chirale è che gli elettroni non solo si muovono attraverso il materiale a coppie, ma che anche gli elettroni delle coppie ruotano l'uno intorno all'altro. Questo produce un effetto interessante:le cosiddette particelle di Majorana possono formarsi alle estremità di un filo costituito da un superconduttore chirale. Queste particelle dovrebbero essere i bit quantistici ideali per un computer quantistico. L'esistenza delle particelle di Majorana fu predetta nel 1937 dal fisico teorico italiano Ettore Majorana, ma è stato osservato sperimentalmente solo di recente dai fisici della TU Eindhoven e della TU Delft.

Treno a levitazione magnetica

Un normale superconduttore può generare una corrente elettrica quando un magnete viene posizionato nelle vicinanze. Questo è chiamato effetto Meissner. La corrente nel superconduttore crea un campo magnetico opposto che annulla il campo del magnete. Una delle applicazioni più notevoli dell'effetto Meissner sono i treni Maglev in Cina e Giappone, che può raggiungere velocità di 600 chilometri all'ora galleggiando sopra la pista.

I fisici di Utrecht e Stoccolma hanno ora teoricamente dimostrato che un effetto simile può verificarsi in uno strato estremamente sottile (bidimensionale) di un superconduttore chirale quando viene piegato come mostrato nelle illustrazioni. La flessione sembra creare un campo magnetico nel superconduttore, il che significa che sta trasportando una corrente elettrica. Questa è una versione geometrica dell'effetto Meissner.

"In un superconduttore chirale bidimensionale, tutte le coppie di elettroni ruotano sullo stesso piano. La piegatura del materiale disturba il corso degli elettroni. Al fine di annullare l'effetto di tale perturbazione, si crea un campo magnetico, " spiega il dottor Anton Quelle, che ha scritto parte della sua tesi sull'argomento. "La regola generale per questo effetto Meissner geometrico è che nei superconduttori chirali bidimensionali, la flessione più il campo magnetico deve essere uguale a zero. Questo è paragonabile al normale effetto Meissner, in cui il campo magnetico interno che si genera è uguale ma opposto al campo magnetico esterno, quindi annulla il campo attorno al superconduttore."

In un normale superconduttore, l'effetto Meissner impedisce lo sviluppo di un campo magnetico perpendicolare alla superficie. Quindi se si vede un tale campo magnetico, è la prova 'pistola fumante' che il superconduttore è chirale, spiega Morais Smith. Sebbene il campo magnetico sia estremamente debole, può essere misurato utilizzando uno SQUID, un sensore in grado di rilevare campi magnetici estremamente deboli.