Uno scienziato della Divisione di fisica della materia condensata quantistica dell'Università di Tsukuba ha formulato una nuova teoria della superconduttività. Sulla base del calcolo della "connessione Berry", questo modello aiuta a spiegare i nuovi risultati sperimentali meglio della teoria attuale. L'opera potrebbe consentire alle future reti elettriche di inviare energia senza perdite.

I superconduttori sono materiali affascinanti che possono sembrare insignificanti in condizioni ambientali, ma una volta raffreddato a temperature molto basse, lasciare che la corrente elettrica fluisca con resistenza nulla. Ci sono diverse ovvie applicazioni della superconduttività, come la trasmissione di energia senza perdite, ma la fisica alla base di questo processo non è ancora chiaramente compresa. Il modo consolidato di pensare alla transizione dal normale al superconduttore è chiamato teoria di Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). In questo modello, fintanto che le eccitazioni termiche sono mantenute sufficientemente piccole, le particelle possono formare "coppie Cooper" che viaggiano insieme e resistono alla dispersione. Però, il modello BCS non spiega adeguatamente tutti i tipi di superconduttori, che limita la nostra capacità di creare materiali superconduttori più robusti che funzionino a temperatura ambiente.

Ora, uno scienziato dell'Università di Tsukuba ha ideato un nuovo modello per la superconduttività che rivela meglio i principi fisici. Invece di concentrarsi sull'accoppiamento di particelle cariche, questa nuova teoria utilizza lo strumento matematico chiamato "connessione Berry". Questo valore calcola una torsione dello spazio in cui viaggiano gli elettroni. "Nella teoria BCS standard, l'origine della superconduttività è l'appaiamento di elettroni. In questa teoria, la supercorrente è identificata come il flusso senza dissipazione degli elettroni accoppiati, mentre i singoli elettroni sperimentano ancora resistenza, " Dice l'autore, il professor Hiroyasu Koizumi.

Come un'illustrazione, Le giunzioni Josephson si formano quando due strati superconduttori sono separati da una sottile barriera di metallo normale o da un isolante. Sebbene ampiamente utilizzato nei rilevatori di campi magnetici ad alta precisione e nei computer quantistici, Anche le giunzioni Josephson non si adattano perfettamente alla teoria BCS interna. "Nella nuova teoria, il ruolo dell'accoppiamento elettronico è quello di stabilizzare la connessione Berry, invece di essere la causa della superconduttività di per sé, e la supercorrente è il flusso di elettroni singoli e accoppiati generato a causa della torsione dello spazio in cui viaggiano gli elettroni causata dalla connessione Berry, " Dice il professor Koizumi. Così, questa ricerca può portare a progressi nell'informatica quantistica e nel risparmio energetico.