Affinché gli scienziati possano osservare in modo più accurato il comportamento di queste particelle, questi deboli segnali elettrici, o correnti, devono essere moltiplicati da uno strumento in grado di trasformare un debole sfarfallio elettrico in una vera scossa.

Gli scienziati dell’Argonne National Laboratory del Dipartimento dell’Energia degli Stati Uniti (DOE) hanno sviluppato un nuovo dispositivo che funge da “moltiplicatore di corrente”. Questo dispositivo, chiamato nanocriotrone, è un prototipo di un meccanismo in grado di aumentare il segnale elettrico di una particella a un livello tale da disattivare temporaneamente la superconduttività del materiale, creando essenzialmente una sorta di interruttore on-off.

"Stiamo prendendo un piccolo segnale e usandolo per innescare una cascata elettrica", ha detto Tomas Polakovic, uno dei Maria Goeppert Mayer Fellows dell'Argonne e autore dello studio. "Incanaleremo la piccolissima corrente di questi rilevatori nel dispositivo di commutazione, che potrà poi essere utilizzato per commutare una corrente molto più grande."

Per preparare il nanocriotrone per un esperimento con il collisore ci vorrà del lavoro in più a causa degli elevati campi magnetici coinvolti. Sebbene i rilevatori di particelle odierni siano in grado di resistere a campi magnetici di diversi tesla di intensità, le prestazioni di questo interruttore si riducono in campi magnetici elevati.

"Trovare modi per far funzionare il dispositivo in campi magnetici più elevati è fondamentale per incorporarlo in un vero esperimento", ha affermato Timothy Draher, assistente ricercatore laureato ad Argonne, un altro autore dello studio.

Per rendere ciò possibile, i ricercatori intendono modificare la geometria del materiale e introdurre difetti o piccoli fori. Questi difetti aiuteranno i ricercatori a stabilizzare piccoli vortici superconduttori nel materiale, il cui movimento può portare a un'interruzione imprevista della superconduttività.

Il nanocriotrone è stato creato utilizzando la litografia a fascio di elettroni, una sorta di tecnica di stencil che utilizza un fascio di elettroni per rimuovere una pellicola polimerica ed esporre una particolare regione di interesse. La regione di interesse viene quindi incisa utilizzando l'attacco con ioni plasma.

"Fondamentalmente rimuoviamo semplicemente le parti esposte, lasciando dietro di noi il dispositivo che vogliamo utilizzare", ha affermato Draher.

Secondo il fisico di Argonne Valentine Novosad, un altro autore dello studio, il nuovo dispositivo potrebbe anche servire come base per una sorta di circuito logico elettronico.

"Questo lavoro è particolarmente importante per gli esperimenti con il collisore, come quelli che verranno eseguiti presso l'Electron-Ion Collider presso il Brookhaven National Laboratory. Lì, rilevatori di nanofili superconduttori, posizionati vicino ai fasci, richiederebbero una microelettronica immune ai campi magnetici", ha affermato Argonne Distinguished Fellow e leader del gruppo Zein-Eddine Meziani.

Un articolo basato sullo studio "Design and performance of parallel-channel nanocryotrons in magnetic fields" è pubblicato sulla rivista Applied Physics Letters . Oltre a Draher, Zein-Eddine, Polakovic e Novosad, gli autori includono Yi Li, John Pearson, Alan Dibos e Zhili Xiao.