Un team internazionale di fisici guidato dall'Università del Minnesota ha scoperto che un metallo superconduttore unico è più resistente se usato come uno strato molto sottile. La ricerca è il primo passo verso un obiettivo più ampio di comprendere gli stati superconduttori non convenzionali nei materiali, che potrebbe essere utilizzato in futuro nell'informatica quantistica.

La collaborazione include quattro membri di facoltà della School of Physics and Astronomy dell'Università del Minnesota:Professore Associato Vlad Pribiag, Professor Rafael Fernandes, e gli assistenti professori Fiona Burnell e Ke Wang, insieme ai fisici della Cornell University e di molte altre istituzioni. Lo studio è pubblicato su Fisica della natura .

Diseleniuro di niobio (NbSe ₂ ) è un metallo superconduttore, il che significa che può condurre elettricità, o trasportare elettroni da un atomo all'altro, senza alcuna resistenza. Non è raro che i materiali si comportino diversamente quando sono di dimensioni molto ridotte, ma NbSe ₂ ha proprietà potenzialmente benefiche. I ricercatori hanno scoperto che il materiale in forma 2D (un substrato molto sottile spesso solo pochi strati atomici) è un superconduttore più resiliente perché ha una doppia simmetria, che è molto diverso dai campioni più spessi dello stesso materiale.

Motivato dalla previsione teorica di Fernandes e Burnell sulla superconduttività esotica in questo materiale 2D, Pribiag e Wang hanno iniziato a studiare dispositivi superconduttori 2D atomicamente sottili.

"Ci aspettavamo che avesse uno schema di rotazione di sei volte, come un fiocco di neve." Disse Wang. "Nonostante la struttura a sei strati, ha mostrato solo un duplice comportamento nell'esperimento."

"Questa è stata una delle prime volte in cui [questo fenomeno] è stato visto in un materiale reale, " Disse Pribiag.

I ricercatori hanno attribuito la duplice simmetria rotazionale appena scoperta dello stato superconduttore in NbSe ₂ alla miscelazione tra due tipi di superconduttività strettamente concorrenti, vale a dire il tipo di onda s convenzionale, tipico del NbSe . sfuso ₂ —e un meccanismo non convenzionale di tipo d o p che emerge in NbSe . a pochi strati ₂ . I due tipi di superconduttività hanno energie molto simili in questo sistema. A causa di ciò, interagiscono e competono tra loro.

Pribiag e Wang hanno detto che in seguito si sono resi conto che i fisici della Cornell University stavano rivedendo la stessa fisica usando una tecnica sperimentale diversa, vale a dire misure di tunneling quantistico. Hanno deciso di combinare i loro risultati con la ricerca Cornell e pubblicare uno studio completo.

Burnell, Pribiag, e Wang hanno in programma di basarsi su questi risultati iniziali per indagare ulteriormente sulle proprietà di NbSe . atomicamente sottile ₂ in combinazione con altri materiali 2D esotici, che alla fine potrebbe portare all'uso di stati superconduttori non convenzionali, come la superconduttività topologica, per costruire computer quantistici.

"Quello che vogliamo è un'interfaccia completamente piatta su scala atomica, " Pribiag ha detto. "Crediamo che questo sistema sarà in grado di darci una piattaforma migliore per studiare i materiali per usarli per applicazioni di calcolo quantistico".

Oltre a Pribiag, Fernandes, Burnell, Wang, la collaborazione includeva gli studenti laureati in fisica dell'Università del Minnesota Alex Hamill, Brett Heischmidt, Daniel Shaffer, Kan-Ting Tsai, e Xi Zhang; i membri della facoltà della Cornell University Jie Shan e Kin Fai Mak e lo studente laureato Egon Sohn; Helmuth Berger e László Forró, ricercatori dell'Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne in Svizzera; Alexey Suslov, un ricercatore presso il National High Magnetic Field Laboratory di Tallahassee, Florida; e Xiaoxiang Xi, professore all'Università di Nanchino in Cina.