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Un gruppo di ricercatori di Pisa, Jyväskylä, San Sebastian e MIT ha dimostrato come un'eterostruttura composta da superconduttori e magneti possa essere utilizzata per creare corrente unidirezionale come quella che si trova nei diodi a semiconduttore.
Questi nuovi diodi superconduttori, tuttavia, funzionano a temperature molto più basse rispetto alle loro controparti a semiconduttore e sono quindi utili nelle tecnologie quantistiche.
Elettronica per la tecnologia quantistica
La maggior parte dei nostri apparecchi elettronici quotidiani, come radio, componenti logici o pannelli solari, si basano su diodi in cui la corrente può fluire principalmente in una direzione. Tali diodi si basano sulle proprietà elettroniche dei sistemi a semiconduttore che smettono di funzionare alle temperature ultrabasse sub-kelvin richieste dalla tecnologia quantistica di domani. I superconduttori sono metalli la cui resistività elettrica è generalmente zero ma, quando vengono a contatto con altri metalli, possono mostrare un'elevata resistenza di contatto.
Questo può essere compreso dal gap energetico, che indica una regione proibita per le eccitazioni elettroniche che si formano nei superconduttori. Assomiglia al divario energetico nei semiconduttori ma in genere è molto più piccolo. Sebbene la presenza di tale gap sia nota da decenni, la caratteristica simile a un diodo non è stata osservata in precedenza, perché richiede la rottura della simmetria solitamente robusta delle caratteristiche corrente-tensione del contatto.
Il nuovo lavoro dimostra come questa simmetria possa essere rotta con l'ausilio di un isolante ferromagnetico opportunamente posizionato nella giunzione. Poiché gran parte della ricerca odierna sulle tecnologie quantistiche si basa su materiali superconduttori che operano a temperature ultrabasse, questa innovazione è prontamente disponibile per loro.
Potere della collaborazione
I risultati della ricerca sono stati realizzati nell'ambito del progetto SUPERTED, finanziato nell'ambito delle tecnologie future ed emergenti dell'UE (FET Open). Questo progetto mira a creare il primo rivelatore termoelettrico superconduttore al mondo di radiazione elettromagnetica, basato su eterostrutture superconduttori/magneti.
"In realtà, trovare la funzionalità del diodo è stata una piacevole sorpresa, conseguenza dell'accurata caratterizzazione dei campioni SUPERTED", spiega Elia Strambini, dell'Istituto Nanoscienze—CNR e Scuola Normale Superiore (SNS) di Pisa, che ha fatto la scoperta iniziale.
Francesco Giazotto, dell'Istituto Nanoscienze—CNR e SNS che ha guidato gli sforzi sperimentali, afferma di ritenere "questa scoperta è promettente per diversi compiti nella tecnologia quantistica, come la rettifica di corrente o la limitazione di corrente".
Il professor Tero Heikkilä, dell'Università di Jyväskylä, ha lavorato sulla teoria dietro l'effetto. Dice che "questa scoperta ha mostrato il potere della collaborazione tra diversi tipi di ricercatori, dalla scienza dei materiali all'elettronica e alla teoria dei superconduttori. Senza il supporto europeo tale collaborazione non avrebbe luogo".
La ricerca è stata pubblicata su Nature Communications . + Esplora ulteriormente
