Supercondutores so controlados por magnetismo

Energia

Redação do Site Inovação Tecnológica – 09/04/2024

Super, semi e isolante topolgico

Em uma virada de jogo difcil de acontecer no mundo to previsvel da fsica, pesquisadores sintetizaram um supercondutor otimizado pelo magnetismo, o que significa que sua funo de transferncia de eletricidade sem resistncia pode ser precisamente controlada.

Isso vai contra um saber cientfico de dcadas, quando todos os experimentos mostravam que a supercondutividade simplesmente “desativada” pela presena de um campo magntico. A coexistncia dos dois fenmenos algo muito raro, mas agora os dois atuaram de modo cooperativo, melhorando o desempenho do supercondutor.

O dispositivo hbrido uma mescla de duas classes de materiais bem conhecidas e largamente usadas, com uma terceira classe no to bem conhecida, mas igualmente promissora para as tecnologias do futuro: um supercondutor, um semicondutor e um isolante topolgico – na verdade um semicondutor que tambm tem a propriedade de ser um isolante topolgico.

“Isolantes topolgicos so materiais que conduzem eletricidade em sua superfcie, mas no em seu interior. Isso se deve sua estrutura topolgica nica, ou seja, ao arranjo especial dos seus eltrons,” explica o professor Charles Gould, da Universidade de Wurzburg, na Alemanha. “O interessante que podemos equipar isoladores topolgicos com tomos magnticos para que eles possam ser controlados por um m.”

O supercondutor e o isolante topolgico foram acoplados para formar uma juno Josephson, uma conexo entre dois supercondutores separados por uma fina camada de material isolante. “Isso nos permitiu combinar as propriedades da supercondutividade e dos semicondutores,” disse Gould. “Assim, combinamos as vantagens de um supercondutor com a controlabilidade do isolante topolgico. Usando um campo magntico externo, podemos agora controlar com preciso as propriedades supercondutoras. Este um verdadeiro avano na fsica quntica!”

Estrutura do novo componente e um esquema da modulao espacial da corrente eltrica.
[Imagem: Pankaj Mandal et al. – 10.1038/s41567-024-02477-1]

Supercondutividade encontra magnetismo

Trabalhando com fenmenos que normalmente so excludentes, que raramente coexistem, equipe criou um estado extico no qual a supercondutividade e o magnetismo no apenas so combinados, como apresentam uma sinergia.

Em essncia, um supercondutor com uma chave de controle. Mas, se voc prefere nomes tcnicos precisos, o fenmeno foi batizado de p-FFLO, uma sigla em ingls para estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov induzido por proximidade.

Apenas para citar uma implicao mais imediata, se a corrente atravs da juno Josephson exceder um determinado valor limite, ela comea a produzir pequenos pulsos de tenso, chamados fluxons. Um fluxon um quantum de fluxo magntico, o que permite que o dispositivo funcione tanto como o qubit de um computador quntico quanto como uma sinapse artificial para computadores inspirados no funcionamento do crebro.

“O problema que os bits qunticos so atualmente muito instveis porque so extremamente sensveis a influncias externas, como campos eltricos ou magnticos,” comentou Gould. “Nossa descoberta pode ajudar a estabilizar bits qunticos de modo que eles possam ser usados em computadores qunticos no futuro.”

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