Illustrazione della riflessione di Andreev tra un superconduttore e una punta metallica atomicamente affilata. Credito:Università di Aalto / Jose Lado.
In uno studio pubblicato su Nano Letters , i ricercatori hanno dimostrato per la prima volta una nuova tecnica per misurare le eccitazioni quantistiche nei materiali superconduttori con precisione atomica. Rilevare queste eccitazioni è un passo importante verso la comprensione dei superconduttori esotici, che potrebbero aiutarci a migliorare i computer quantistici e forse anche aprire la strada ai superconduttori a temperatura ambiente.
I superconduttori sono materiali privi di qualsiasi resistenza elettrica, che richiedono comunemente temperature estremamente basse. Sono utilizzati in un'ampia gamma di domini, dalle applicazioni mediche a un ruolo centrale nei computer quantistici. La superconduttività è causata da coppie di elettroni appositamente collegate note come coppie di Cooper. Finora, la presenza di coppie di Cooper è stata misurata indirettamente macroscopicamente in blocco, ma una nuova tecnica sviluppata dai ricercatori dell'Università di Aalto e degli Oak Ridge National Laboratories negli Stati Uniti è in grado di rilevarne la presenza con precisione atomica.
Gli esperimenti sono stati condotti da Wonhee Ko e Petro Maksymovych presso l'Oak Ridge National Laboratory, con il supporto teorico del professor Jose Lado dell'Università di Aalto. Gli elettroni possono "tunnel quantistico" attraverso le barriere energetiche, saltando da un sistema all'altro attraverso lo spazio in un modo che non può essere spiegato con la fisica classica. Ad esempio, se un elettrone si accoppia con un altro elettrone proprio nel punto in cui un metallo e un superconduttore si incontrano, potrebbe formare una coppia di Cooper che entra nel superconduttore mentre "respinge" un altro tipo di particella nel metallo in un processo noto come Andreev riflessione. I ricercatori hanno cercato queste riflessioni di Andreev per rilevare le coppie di Cooper.
Per fare ciò, hanno misurato la corrente elettrica tra una punta metallica atomicamente affilata e un superconduttore, nonché il modo in cui la corrente dipendeva dalla separazione tra la punta e il superconduttore. Ciò ha consentito loro di rilevare la quantità di riflessione di Andreev che risale al superconduttore, pur mantenendo una risoluzione dell'immagine paragonabile ai singoli atomi. I risultati dell'esperimento corrispondevano esattamente al modello teorico di Lado.
Questa rilevazione sperimentale di coppie di Cooper su scala atomica fornisce un metodo completamente nuovo per comprendere i materiali quantistici. Per la prima volta, i ricercatori possono determinare in modo univoco come le funzioni d'onda delle coppie di Cooper vengono ricostruite su scala atomica e come interagiscono con le impurità su scala atomica e altri ostacoli.
"Questa tecnica stabilisce una nuova metodologia fondamentale per comprendere la struttura quantistica interna di tipi esotici di superconduttori noti come superconduttori non convenzionali, consentendoci potenzialmente di affrontare una varietà di problemi aperti nei materiali quantistici", afferma Lado. I superconduttori non convenzionali sono un potenziale mattone fondamentale per i computer quantistici e potrebbero fornire una piattaforma per realizzare la superconduttività a temperatura ambiente. Le coppie di Cooper hanno strutture interne uniche nei superconduttori non convenzionali che finora sono state difficili da capire.
Questa scoperta consente di sondare direttamente lo stato delle coppie di Cooper nei superconduttori non convenzionali, stabilendo una nuova tecnica fondamentale per un'intera famiglia di materiali quantistici. Rappresenta un importante passo avanti nella nostra comprensione dei materiali quantistici e aiuta a portare avanti il lavoro di sviluppo delle tecnologie quantistiche. + Esplora ulteriormente
