I ricercatori dell'Università di Basilea e dell'Università di Lund hanno generato stati di coppie di elettroni superconduttori su diversi segmenti di un nanofilo, separati da barriere cresciute. A seconda dell'altezza delle barriere, questi stati di coppia possono essere accoppiati e fusi.
I risultati sono stati pubblicati in Communications Physics e fornire importanti spunti per lo sviluppo di nuovi stati quantistici.
In un superconduttore, gli elettroni formano una sorta di coppia che si traduce in nuove proprietà materiali come correnti senza dissipazione. Se un materiale semiconduttore viene messo in contatto con un superconduttore, gli elettroni di un semiconduttore possono anche entrare in stati di coppia simili noti come stati legati di Andreev (ABS).
Tali stati che si formano su singoli cristalli lunghi e sottili, i cosiddetti nanofili, sono diventati da diversi anni al centro di una crescente ricerca, poiché potrebbero essere portatori di informazioni particolarmente buoni.
I ricercatori del team del professor Christian Schönenberger e del dottor Andreas Baumgartner del Dipartimento di fisica e Swiss Nanoscience Institute dell'Università di Basilea e colleghi dell'Università di Lund sono riusciti ora a generare tali stati di coppia su tre segmenti di un nanofilo, che sono separati dalle barriere cresciute nel cristallo. Gli scienziati sono in grado di manipolare l'altezza delle barriere utilizzando una tensione elettrica.
"Possiamo identificare i rispettivi stati dalle caratteristiche della corrente elettrica", spiega il primo autore della pubblicazione, il Dr. Christian Jünger. Se le barriere sono grandi, sui due segmenti vicino a un superconduttore si formano stati legati di Andreev individuali e indipendenti.
Analogamente agli stati ad un elettrone negli atomi naturali in chimica, questi possono essere considerati atomi di Andreev. Quando le barriere tra i segmenti vengono ridotte, gli ABS si accoppiano, formando stati spesso chiamati molecole di Andreev.
Quando i ricercatori abbassano quasi completamente le barriere, si creano stati di coppia che si estendono attraverso l’intero nanofilo e conducono la corrente elettrica senza dissipazione, un fenomeno noto come effetto Josephson. "Ciò corrisponde a una fusione degli stati legati di Andreev originali nell'elio di Andreev, simile agli atomi di idrogeno fusi", afferma il dott. Andreas Baumgartner.
Negli esperimenti futuri, i ricercatori studieranno questo processo di fusione con un tipo simile di stati di coppia, i cosiddetti stati legati di Majorana, e quindi faranno un passo importante verso l'applicazione per i computer quantistici.
Ulteriori informazioni: Christian Jünger et al, Stati intermedi nella fusione degli stati legati di Andreev, Fisica delle comunicazioni (2023). DOI:10.1038/s42005-023-01273-2
Informazioni sul giornale: Fisica delle comunicazioni
Fornito dall'Università di Basilea
