I superconduttori sono la chiave per un flusso di corrente senza perdite. Tuttavia, la realizzazione di diodi superconduttori è diventata solo di recente un importante argomento di ricerca fondamentale. Un gruppo di ricerca internazionale che coinvolge il fisico teorico Mathias Scheurer dell'Università di Innsbruck è riuscito a raggiungere una pietra miliare:la realizzazione di un effetto diodo superconduttore senza un campo magnetico esterno, dimostrando così l'ipotesi che superconduttività e magnetismo coesistono. Ne riferiscono in Fisica della natura .

Si parla di effetto diodo superconduttore quando un materiale si comporta come un superconduttore in una direzione del flusso di corrente e come un resistore nell'altra. Contrariamente a un diodo convenzionale, un tale diodo superconduttore mostra una resistenza completamente svanita e quindi nessuna perdita nella direzione in avanti. Questo potrebbe costituire la base per la futura elettronica quantistica senza perdite. I fisici sono riusciti a creare l'effetto diodo per la prima volta circa due anni fa, ma con alcune limitazioni fondamentali. "A quel tempo, l'effetto era molto debole ed era generato da un campo magnetico esterno, che è molto svantaggioso nelle potenziali applicazioni tecnologiche", spiega Mathias Scheurer dell'Istituto di Fisica Teorica dell'Università di Innsbruck.

I nuovi esperimenti dei fisici sperimentali della Brown University, descritti nell'attuale numero di Nature Physics , non richiedono un campo magnetico esterno. Oltre ai summenzionati vantaggi applicativi, gli esperimenti confermano una tesi precedentemente teorizzata da Mathias Scheurer:vale a dire, che superconduttività e magnetismo coesistono in un sistema costituito da tre strati di grafene attorcigliati l'uno contro l'altro. Il sistema genera quindi virtualmente il proprio campo magnetico interno, creando un effetto diodo.

"L'effetto del diodo osservato dai colleghi della Brown University è stato inoltre molto forte. Inoltre, la direzione del diodo può essere invertita da un semplice campo elettrico. Insieme, questo rende il grafene a tre strati una piattaforma così promettente per l'effetto del diodo superconduttore", chiarisce Mathias Scheurer, la cui ricerca si concentra sui materiali bidimensionali, in particolare il grafene.

Grafene materiale promettente

L'effetto diodo descritto in Fisica della natura è stato prodotto anche con grafene, un materiale costituito da un unico strato di atomi di carbonio disposti a nido d'ape. L'impilamento di diversi strati di grafene porta a proprietà completamente nuove, inclusa la capacità di tre strati di grafene attorcigliati l'uno contro l'altro di condurre corrente elettrica senza perdite.

Il fatto che un effetto diodo superconduttore esista senza un campo magnetico esterno in questo sistema ha grandi implicazioni per lo studio del complesso comportamento fisico del grafene a tre strati contorto, poiché dimostra la coesistenza di superconduttività e magnetismo. Ciò dimostra che l'effetto diodo non solo ha rilevanza tecnologica, ma ha anche il potenziale per migliorare la nostra comprensione dei processi fondamentali nella fisica a molti corpi. + Esplora ulteriormente

Uno sguardo all'interno di un sandwich al grafene