È noto che la superconduttività viene facilmente distrutta da forti campi magnetici. NIM, L'Università di Osaka e l'Università di Hokkaido hanno scoperto congiuntamente che un superconduttore con spessore su scala atomica può mantenere la sua superconduttività anche quando gli viene applicato un forte campo magnetico. Il team ha anche identificato un nuovo meccanismo alla base di questo fenomeno. Questi risultati possono facilitare lo sviluppo di materiali superconduttori resistenti ai campi magnetici e superconduttori topologici composti da materiali superconduttori e magnetici.

La superconduttività è stata utilizzata in varie tecnologie, come la risonanza magnetica (MRI) e i sensori magnetici altamente sensibili. Superconduttori topologici, un tipo speciale di superconduttore, hanno suscitato grande attenzione negli ultimi anni. Sono in grado di conservare a lungo le informazioni quantistiche e possono essere utilizzati in combinazione con materiali magnetici per formare qubit che possono consentire ai computer quantistici di eseguire calcoli molto complessi. Però, la superconduttività viene facilmente distrutta da forti campi magnetici o materiali magnetici nelle immediate vicinanze. È quindi desiderabile sviluppare un materiale superconduttore topologico resistente ai campi magnetici.

Il team di ricerca ha recentemente fabbricato film cristallini di indio, un comune materiale superconduttore, con spessore atomico. Il team ha quindi scoperto un nuovo meccanismo che impedisce alla superconduttività di questi film di essere distrutta da un forte campo magnetico. Quando un campo magnetico viene applicato a un materiale superconduttore, il campo magnetico interagisce con gli spin degli elettroni. Fa sì che l'energia elettronica del materiale cambi e ne distrugga la superconduttività. Però, quando un materiale superconduttore viene assottigliato in uno strato atomico bidimensionale, lo spin e la quantità di moto degli elettroni nello strato sono accoppiati, facendo ruotare frequentemente gli spin dell'elettrone. Ciò compensa l'effetto delle variazioni di energia elettronica indotte dal campo magnetico e quindi preserva la superconduttività. Questo meccanismo può aumentare il campo magnetico critico, l'intensità massima del campo magnetico al di sopra della quale scompare la superconduttività, fino a 16-20 Tesla, che è circa il triplo del valore teorico generalmente accettato. Si prevede che avrà un'ampia gamma di applicazioni poiché è stato osservato per un normale materiale superconduttore e non richiede né strutture cristalline speciali né forti correlazioni elettroniche.

Sulla base di questi risultati, abbiamo in programma di sviluppare film sottili superconduttori in grado di resistere a campi magnetici ancora più forti. Intendiamo anche creare un dispositivo ibrido composto da materiali superconduttori e magnetici che è necessario per lo sviluppo di superconduttori topologici:un componente vitale nei computer quantistici di prossima generazione.