Scienziati della TU Delft, insieme ai colleghi dell'Università di Tubinga, hanno creato con successo circuiti nanoelettronici utilizzando un superconduttore bidimensionale scoperto di recente.

Ciò che rende unico questo materiale è che la sua superconduttività può essere attivata e disattivata da remoto, molto simile alla commutazione della corrente elettrica in un transistor su un microchip. Utilizzando questo effetto su scala nanometrica, i ricercatori hanno creato circuiti superconduttori in un modo completamente nuovo, che è impossibile da ottenere in altri superconduttori comunemente noti. Il loro lavoro è stato pubblicato in Nanotecnologia della natura .

Creare un superconduttore dagli isolanti

Per realizzare i dispositivi, i ricercatori creano prima un anello composto da due isolanti, alluminato di lantanio (LAO) e titanato di stronzio (STO). Questo viene fatto attraverso una combinazione di nanofabbricazione e deposizione precisa atomo per atomo di strati di LAO su STO. Finalmente, porte metalliche sono poste su due piccole sezioni di questo anello. Quando queste strutture vengono raffreddate a basse temperature, al confine tra gli isolanti appare un foglio di superconduttore a forma di anello. La ragione di questo inaspettato emergere della superconduttività è ancora un mistero. Dalla sua scoperta nel 2007, gruppi di tutto il mondo hanno sviluppato tecniche per capire meglio perché appare questo superconduttore e quali sono le sue proprietà. I dispositivi creati alla TU Delft forniscono un nuovo percorso per accedere a informazioni microscopiche cruciali su questo superconduttore, che finora è stato irraggiungibile.

Porte per la superconduttività

I cancelli di metallo, Come suggerisce il nome, sono come porte su scala nanometrica per la superconduttività. Quando non viene applicata tensione alle porte, questa porta è aperta e l'anello superconduttore è indisturbato. D'altra parte, quando vengono applicate grandi tensioni, la superconduttività appena sotto le porte viene disattivata (la porta si chiude completamente) e due metà dell'anello vengono scollegate l'una dall'altra. "Ma succede qualcosa di molto speciale quando queste porte sono solo parzialmente chiuse", dice Srijit Goswami del Kavli Institute of Nanoscience, Delft. "In questa configurazione, la resistenza del dispositivo inizia a oscillare tra zero e un valore elevato, quando vengono applicati piccoli campi magnetici. Così, sembra che l'intera struttura vada avanti e indietro tra uno stato superconduttore (resistenza zero) e un metallo normale (alta resistenza)." Questo effetto si verifica a causa di effetti quantistici nel superconduttore, che sono in linea di principio molto simili a ciò che accade quando due onde si sovrappongono per produrre uno schema di interferenza. Quindi tali dispositivi sono chiamati dispositivi di interferenza quantistica superconduttori (SQUID).

I SQUID sono usati abitualmente in molte applicazioni, come macchine mediche per la risonanza magnetica, che richiedono il rilevamento di piccoli segnali magnetici. Ci sono anche sforzi per usarli nei futuri circuiti di elaborazione delle informazioni quantistiche. Anche le tecnologie più avanzate per la creazione di SQUID oggi non consentono di sintonizzare le proprietà superconduttive tramite porte elettriche. Il capogruppo Andrea Caviglia commenta questa nuova scoperta:"Utilizzando la strategia sviluppata a TU Delft, potrebbe diventare possibile creare circuiti superconduttori più complessi, dove la funzionalità del dispositivo è completamente controllata tramite tensioni di gate". Se tali dispositivi alla fine diventeranno tecnologicamente rilevanti è ancora una questione aperta. Tuttavia, svolgeranno sicuramente un ruolo importante nel rispondere a domande fondamentali sulla superconduttività su scala nanometrica.