Supercondutores são controlados por magnetismo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 09/04/2024

O composto (Hg,Mn)Te colocado no porta-amostras para medições.
[Imagem: University of Würzburg]

Super, semi e isolante topológico

Em uma virada de jogo difícil de acontecer no mundo tão previsível da física, pesquisadores sintetizaram um supercondutor otimizado pelo magnetismo, o que significa que sua função de transferência de eletricidade sem resistência pode ser precisamente controlada.

Isso vai contra um saber científico de décadas, quando todos os experimentos mostravam que a supercondutividade é simplesmente "desativada" pela presença de um campo magnético. A coexistência dos dois fenômenos é algo muito raro, mas agora os dois atuaram de modo cooperativo, melhorando o desempenho do supercondutor.

O dispositivo híbrido é uma mescla de duas classes de materiais bem conhecidas e largamente usadas, com uma terceira classe não tão bem conhecida, mas igualmente promissora para as tecnologias do futuro: um supercondutor, um semicondutor e um isolante topológico - na verdade é um semicondutor que também tem a propriedade de ser um isolante topológico.

"Isolantes topológicos são materiais que conduzem eletricidade em sua superfície, mas não em seu interior. Isso se deve à sua estrutura topológica única, ou seja, ao arranjo especial dos seus elétrons," explica o professor Charles Gould, da Universidade de Wurzburg, na Alemanha. "O interessante é que podemos equipar isoladores topológicos com átomos magnéticos para que eles possam ser controlados por um ímã."

O supercondutor e o isolante topológico foram acoplados para formar uma junção Josephson, uma conexão 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 topológico. Usando um campo magnético externo, podemos agora controlar com precisão as propriedades supercondutoras. Este é um verdadeiro avanço na física quântica!"

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

Supercondutividade encontra magnetismo

Trabalhando com fenômenos que normalmente são excludentes, que raramente coexistem, equipe criou um estado exótico no qual a supercondutividade e o magnetismo não apenas são combinados, como apresentam uma sinergia.

Em essência, é um supercondutor com uma chave de controle. Mas, se você prefere nomes técnicos precisos, o fenômeno foi batizado de p-FFLO, uma sigla em inglês para estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov induzido por proximidade.

Apenas para citar uma implicação mais imediata, se a corrente através da junção Josephson exceder um determinado valor limite, ela começa a produzir pequenos pulsos de tensão, chamados fluxons. Um fluxon é um quantum de fluxo magnético, o que permite que o dispositivo funcione tanto como o qubit de um computador quântico quanto como uma sinapse artificial para computadores inspirados no funcionamento do cérebro.

"O problema é que os bits quânticos são atualmente muito instáveis porque são extremamente sensíveis a influências externas, como campos elétricos ou magnéticos," comentou Gould. "Nossa descoberta pode ajudar a estabilizar bits quânticos de modo que eles possam ser usados em computadores quânticos no futuro."

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