In uno sviluppo significativo nel campo della superconduttività, i ricercatori dell'Università di Manchester sono riusciti a ottenere una solida superconduttività in campi magnetici elevati utilizzando un sistema unidimensionale (1D) di nuova creazione. Questa svolta offre un percorso promettente per raggiungere la superconduttività nel regime di Hall quantistico, una sfida di lunga data nella fisica della materia condensata.
La superconduttività, la capacità di alcuni materiali di condurre elettricità con resistenza pari a zero, racchiude un profondo potenziale per il progresso delle tecnologie quantistiche. Tuttavia, ottenere la superconduttività nel regime di Hall quantistico, caratterizzato da conduttanza elettrica quantizzata, si è rivelato una sfida ardua.
La ricerca, pubblicata questa settimana (25 aprile 2024) su Nature , descrive in dettaglio l'ampio lavoro del team di Manchester guidato dal professor Andre Geim, dal dottor Julien Barrier e dal dottor Na Xin per ottenere la superconduttività nel regime di Hall quantistica. I loro sforzi iniziali hanno seguito il percorso convenzionale in cui gli stati marginali in contropropagazione venivano portati in stretta vicinanza l’uno all’altro. Tuttavia, questo approccio si è rivelato limitato.
"I nostri esperimenti iniziali sono stati motivati principalmente dal forte interesse persistente per la superconduttività di prossimità indotta lungo gli stati limite di Hall quantistici", spiega il dottor Barrier, l'autore principale dell'articolo. "Questa possibilità ha portato a numerose previsioni teoriche riguardanti l'emergere di nuove particelle note come anioni non abeliani."
Il team ha quindi esplorato una nuova strategia ispirata al lavoro precedente, dimostrando che i confini tra i domini nel grafene potrebbero essere altamente conduttivi. Posizionando tali pareti di dominio tra due superconduttori, hanno raggiunto la prossimità finale desiderata tra gli stati marginali che si contropropagano riducendo al minimo gli effetti del disordine.
"Siamo stati incoraggiati a osservare grandi supercorrenti a temperature relativamente 'miti', fino a 1 Kelvin, in ogni dispositivo che abbiamo fabbricato", ricorda il dottor Barrier.
Ulteriori indagini hanno rivelato che la superconduttività di prossimità non ha origine dagli stati limite di Hall quantistici che si propagano lungo le pareti del dominio, ma piuttosto da stati elettronici strettamente 1D esistenti all'interno delle pareti del dominio stesso.
Questi stati 1D, di cui è stata dimostrata l'esistenza dal gruppo teorico del professor Vladimir Fal'ko presso il National Graphene Institute, hanno mostrato una maggiore capacità di ibridarsi con la superconduttività rispetto agli stati limite di Hall quantistici. Si ritiene che la natura unidimensionale intrinseca degli stati interni sia responsabile delle robuste supercorrenti osservate in corrispondenza di campi magnetici elevati.
Questa scoperta della superconduttività 1D monomodale mostra strade entusiasmanti per ulteriori ricerche. "Nei nostri dispositivi, gli elettroni si propagano in due direzioni opposte all'interno dello stesso spazio su scala nanometrica e senza dispersione", spiega il dott. Barrier. "Tali sistemi 1D sono eccezionalmente rari e promettono di affrontare un'ampia gamma di problemi di fisica fondamentale."
Il team ha già dimostrato la capacità di manipolare questi stati elettronici utilizzando la tensione di gate e di osservare le onde di elettroni stazionari che modulavano le proprietà superconduttrici.
"È affascinante pensare a ciò che questo nuovo sistema può portarci in futuro. La superconduttività 1D presenta un percorso alternativo verso la realizzazione di quasiparticelle topologiche che combinano l'effetto Hall quantistico e la superconduttività", conclude il dottor Xin. "Questo è solo un esempio del vasto potenziale che le nostre scoperte racchiudono."
Questa ricerca dell'Università di Manchester, 20 anni dopo l'avvento del primo materiale grafene 2D, rappresenta un altro passo avanti nel campo della superconduttività. Si prevede che lo sviluppo di questo nuovo superconduttore 1D aprirà le porte ai progressi nelle tecnologie quantistiche e aprirà la strada a ulteriori esplorazioni della nuova fisica, attirando l'interesse di varie comunità scientifiche.
Ulteriori informazioni: Andre Geim, Superconduttività di prossimità unidimensionale nel regime di Hall quantistico, Natura (2024). DOI:10.1038/s41586-024-07271-w. www.nature.com/articles/s41586-024-07271-w
Informazioni sul giornale: Natura
Fornito dall'Università di Manchester
