I ricercatori dell'EPFL hanno creato un microdispositivo metallico in cui possono definire e mettere a punto i modelli di superconduttività. La loro scoperta, che rappresenta una grande promessa per le tecnologie quantistiche del futuro, è appena stato pubblicato in Scienza .

Nei superconduttori, gli elettroni viaggiano senza resistenza. Questo fenomeno attualmente si verifica solo a temperature molto basse. Ci sono molte applicazioni pratiche, come la risonanza magnetica (MRI). Tecnologie del futuro, però, sfrutterà la totale sincronia del comportamento elettronico nei superconduttori, una proprietà chiamata fase. Attualmente è in corso una corsa per costruire il primo computer quantistico al mondo, che utilizzerà le fasi per eseguire i calcoli. I superconduttori convenzionali sono molto robusti e difficili da influenzare, e la sfida è trovare nuovi materiali in cui lo stato superconduttore possa essere facilmente manipolato in un dispositivo.

Laboratorio di materiali quantistici dell'EPFL (QMAT), guidato da Philip Moll, ha lavorato su un gruppo specifico di superconduttori non convenzionali noti come materiali fermionici pesanti. Gli scienziati QMAT, nell'ambito di un'ampia collaborazione internazionale tra EPFL, l'Istituto Max Planck per la fisica chimica dei solidi, il Los Alamos National Laboratory e la Cornell University, fatto una sorprendente scoperta su uno di questi materiali, CeIrIn ₅ .

CeIrIn ₅ è un metallo che superconduce ad una temperatura molto bassa, solo 0,4°C sopra lo zero assoluto (circa -273°C). Gli scienziati QMAT, insieme a Katja C. Nowack della Cornell University, hanno ora dimostrato che questo materiale potrebbe essere prodotto con regioni superconduttrici coesistenti accanto a regioni in un normale stato metallico. Meglio ancora, hanno prodotto un modello che consente ai ricercatori di progettare schemi di conduzione complessi e, variando la temperatura, distribuirli all'interno del materiale in modo altamente controllato. La loro ricerca è stata appena pubblicata in Scienza .

Per raggiungere questa impresa, gli scienziati hanno affettato strati molto sottili di CeIrIn ₅ —spessi solo circa un millesimo di millimetro—che si univano a un substrato di zaffiro. Una volta raffreddato, il materiale si contrae notevolmente mentre lo zaffiro si contrae molto poco. L'interazione risultante mette sotto stress il materiale, come se fosse tirato in tutte le direzioni, distorcendo così leggermente i legami atomici nella fetta. Come la superconduttività in CeIrIn ₅ è insolitamente sensibile all'esatta configurazione atomica del materiale, progettare un modello di distorsione è tutto ciò che serve per ottenere un modello complesso di superconduttività. Questo nuovo approccio consente ai ricercatori di "disegnare" circuiti superconduttori su una singola barra di cristallo, un passo che apre la strada a nuove tecnologie quantistiche.

Questa scoperta rappresenta un importante passo avanti nel controllo della superconduttività nei materiali fermionici pesanti. Ma non è la fine della storia. A seguito di questo progetto, un ricercatore post-dottorato ha appena iniziato a esplorare possibili applicazioni tecnologiche.

"Potremmo, Per esempio, modificare le regioni di superconduttività modificando la distorsione del materiale utilizzando un microattuatore, " dice Moll. "La capacità di isolare e connettere regioni superconduttrici su un chip potrebbe anche creare una sorta di interruttore per le future tecnologie quantistiche, un po' come i transistor usati nell'informatica di oggi."