I ricercatori dell'Università di Bath nel Regno Unito hanno trovato un modo per realizzare dispositivi "a cristallo singolo" così sottili e privi di difetti, hanno il potenziale per superare i componenti utilizzati oggi nei circuiti dei computer quantistici.

Lo studio è pubblicato questo mese sulla rivista Nano lettere.

Il team del Dipartimento di Fisica dell'università ha fatto la sua scoperta mentre esplorava la giunzione tra due strati del diseleniuro di niobio superconduttore (NbSe ₂ ) dopo che questi strati sono stati scissi, ruotati di circa 30 gradi l'uno rispetto all'altro, poi ristampati insieme. In scissione, torcendo e ricombinando i due strati, i ricercatori sono stati in grado di costruire un dispositivo interferometro quantistico superconduttore (SQUID), un sensore estremamente sensibile utilizzato per misurare campi magnetici incredibilmente piccoli.

Gli SQUID hanno una vasta gamma di importanti applicazioni in aree che includono l'assistenza sanitaria (come si vede in cardiologia e magnetoencefalografia, un test che mappa la funzione cerebrale) e l'esplorazione dei minerali.

I SQUIDS sono anche gli elementi costitutivi dei computer quantistici commerciali odierni, macchine che eseguono determinate attività computazionali molto più rapidamente rispetto ai computer classici. L'informatica quantistica è ancora agli inizi, ma nel prossimo decennio, è probabile che trasformi la capacità di risoluzione dei problemi di aziende e organizzazioni in molti settori, ad esempio accelerando la scoperta di nuovi farmaci e materiali.

"Grazie alle loro superfici atomicamente perfette, che sono quasi del tutto privi di difetti, vediamo il potenziale per i nostri fiocchi cristallini di svolgere un ruolo significativo nella costruzione di computer quantistici del futuro, ", ha affermato il professor Simon Bending, che ha svolto la ricerca insieme al suo dottorato di ricerca. studente Liam Farrar. "Anche, I calamari sono ideali per gli studi in biologia, ad esempio, ora vengono utilizzati per tracciare il percorso dei farmaci etichettati magneticamente attraverso l'intestino, quindi siamo molto entusiasti di vedere come i nostri dispositivi potrebbero essere sviluppati anche in questo campo".

Come il professor Bending è pronto a sottolineare, però, il suo lavoro sui calamari realizzati con NbSe ₂ fiocchi è molto all'inizio del suo viaggio. "Si tratta di un approccio completamente nuovo e inesplorato alla realizzazione di SQUID e sarà ancora necessaria molta ricerca prima che queste applicazioni diventino realtà, " Egli ha detto.

Cristalli singoli estremamente sottili

I fiocchi da cui sono fabbricati i superconduttori di Bath sono cristalli singoli estremamente sottili (10, 000 volte più sottili di un capello umano) che si piegano facilmente, che li rende anche adatti per l'incorporazione in elettronica flessibile, utilizzato nelle tastiere dei computer, display ottici, celle solari e vari componenti automobilistici.

Perché i legami tra strati di NbSe ₂ sono così deboli, fiocchi spaccati, con il loro perfettamente piatto, superfici prive di difetti:creano interfacce atomicamente nitide quando vengono nuovamente accostate. Questo li rende ottimi candidati per i componenti utilizzati nell'informatica quantistica.

Anche se questa non è la prima volta NbSe ₂ strati sono stati stampati insieme per creare un debole collegamento superconduttore, questa è la prima dimostrazione di interferenza quantistica tra due di tali giunzioni modellate in una coppia di fiocchi intrecciati. Questa interferenza quantistica ha permesso ai ricercatori di modulare la massima supercorrente che può fluire attraverso i loro SQUID applicando un piccolo campo magnetico, creando un sensore di campo estremamente sensibile. Sono stati anche in grado di dimostrare che le proprietà dei loro dispositivi potevano essere sistematicamente sintonizzate variando l'angolo di torsione tra i due fiocchi.