Le proprietà dei superconduttori ad alta temperatura possono essere adattate mediante l'introduzione di difetti artificiali. Un team di ricerca internazionale attorno al fisico Wolfgang Lang dell'Università di Vienna è riuscito a produrre i nano array complessi più densi al mondo per ancorare i quanti di flusso, i flussoni. Ciò è stato ottenuto irradiando il superconduttore con un microscopio a ioni di elio presso l'Università di Tubinga, una tecnologia che è diventata disponibile solo di recente. I ricercatori si sono ispirati a un'arte tradizionale giapponese di intreccio di cesti. I risultati sono stati pubblicati di recente in Nanomateriali applicati ACS , una rivista della rinomata American Chemical Society.

I superconduttori possono trasportare elettricità senza perdite se vengono raffreddati al di sotto di una certa temperatura critica. Però, i superconduttori puri non sono adatti per la maggior parte delle applicazioni tecniche, ma solo dopo introduzione controllata di difetti. Soprattutto, questi sono distribuiti casualmente, ma oggigiorno la disposizione periodica su misura di tali difetti diventa sempre più importante.

Trappole e gabbie per oggetti quantistici magnetici nei superconduttori

Un campo magnetico può penetrare solo in porzioni quantizzate in un superconduttore, i cosiddetti flusoni. Se la superconduttività viene distrutta in regioni molto piccole, i flussoni sono ancorati esattamente in questi luoghi. Con array periodici di tali difetti, possono essere generati "cristalli di flusso" bidimensionali, che sono un sistema modello per molte indagini interessanti. I difetti fungono da trappole per i flussoni e variando parametri facilmente accessibili possono essere studiati numerosi effetti. "Però, è necessario realizzare disposizioni di difetti molto dense in modo che i flussoni possano interagire tra loro, idealmente a distanze inferiori a 100 nanometri, che è mille volte più piccolo del diametro di un capello, " spiega Bernd Aichner dell'Università di Vienna.

Particolarmente interessanti per i ricercatori sono complessi arrangiamenti periodici, come il modello di difetto quasi-kagomé studiato nel presente studio, che è stato ispirato da un'arte tradizionale giapponese di intreccio di cesti. Le strisce di bambù del motivo kagomé sono sostituite da una catena di difetti con spaziature di 70 nanometri. La particolarità di questa nanostruttura artificiale è che non può essere ancorato un solo flussone per difetto, ma si formano catene di flusso approssimativamente circolari, che a loro volta tengono intrappolato in mezzo a loro un flussone ancora libero. Tali gabbie di flussone si basano sulla repulsione reciproca dei flussoni e possono essere aperte o bloccate modificando il campo magnetico esterno. Sono quindi considerati un concetto promettente per la realizzazione di circuiti superconduttori a bassa perdita e veloci con flussoni.

Nanostrutturazione di superconduttori ad alta temperatura con il microscopio a ioni di elio

Questa ricerca è stata resa possibile da un nuovo dispositivo dell'Università di Tubinga:il microscopio agli ioni di elio. Sebbene abbia un principio di funzionamento simile al microscopio elettronico a scansione, il microscopio a ioni di elio offre una risoluzione e una profondità di campo senza precedenti a causa della lunghezza d'onda molto più piccola degli ioni di elio. "Con un microscopio agli ioni di elio, le proprietà superconduttive possono essere adattate senza rimuovere o distruggere il materiale, che ci consente di produrre array di fluxon in superconduttori ad alta temperatura con una densità che non ha rivali in tutto il mondo, " sottolinea Dieter Koelle dell'Università Eberhard Karls di Tubinga. Gli scienziati stanno ora pianificando di sviluppare ulteriormente il metodo per strutture ancora più piccole e di testare vari concetti proposti teoricamente per i circuiti di flusso.