Superconduttività: anche il magnetismo può generare questo stato della materia

La superconduttività è un processo complicato. Nella ricerca molti si stanno concentrando su materiali che permettano di realizzarla a temperature più elevate, vicine a quelle normali, ma altri scienziati si interessanoo invece della comprensione precisa dei fattori che la vengono a creare e mantenere.

Un team internazionale di scienziati è riuscito a confinare uno stato esotico di superconduttività che è controllato da un forte magnetismo. Il campo magnetico in questo caso non è la conseguenza della superconduttività, ma questo stato è la conseguenza di  un intenso campo magnetico. La ricerca relativa è stata pubblicata in Nature Physics.

Per eseguire questo esperimento i ricercatori hanno utilizzato un isolante topologico: un materiale semiconduttore che conduce l’elettricità sulla sua superficie, ma non all’interno, a causa del modo in cui gli elettroni sono disposti al suo interno.

Parte dell’espeirmento

Come è avvenuto l’esperimento

“La cosa entusiasmante è che possiamo dotare gli isolanti topologici di atomi magnetici, in modo che possano essere controllati da un magnete”, afferma il fisico Charles Gould, dell’Università di Würzburg in Germania.

Il team ha creato un isolante topologico bidimensionale con mercurio, manganese e tellurio. Questo ha permesso loro di indurre gli elettroni in una disposizione esotica chiamata stato Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) indotto dalla prossimità, in cui gli accoppiamenti quantistici di elettroni che permettono alle correnti di fluire senza resistenza sono alterati in modo da aprirli alla manipolazione.

In questa forma, il dispositivo potrebbe funzionare come una giunzione Josephson, un componente dei circuiti superconduttori in cui le parti superconduttrici sono separate da un sottile strato di materiale non superconduttore.

Mentre lo stato FFLO è stato osservato nei materiali superconduttori come proprietà di massa, confinarlo in una giunzione Josephson in modo tale da poterlo controllare permette ai fisici di studiare il fenomeno in modo più dettagliato e di sviluppare una tecnologia che potrebbe gestire meglio i sistemi superconduttori.

“Combiniamo i vantaggi di un superconduttore con la controllabilità dell’isolante topologico”, dice Gould.

“Utilizzando un campo magnetico esterno, ora possiamo controllare con precisione le proprietà superconduttive. Si tratta di una vera svolta nella fisica quantistica”.

Come sempre, una comprensione più approfondita dei fenomeni fisici – come l’interazione tra la superconduttività e il magnetismo – ha il potenziale di portare ad applicazioni più innovative. Conoscendo come queste interagiscono e avendo la ppossibilità di creare superconduttività in modo localizzato possiamo pensare, in un futuro, di poter indurre la superconduttività  e mantenerla anche in condizioni diverse dalle bassissime temperature.

Usi della superconduttività

La superconduttività è già utilizzata in vari modi, dai componenti all’interno delle macchine MRI (Risonanza Magnetica), ai treni maglev che fluttuano sopra i binari (un altro esempio della relazione dinamica tra superconduttori e magneti).

In futuro, le scoperte qui riportate potrebbero portare allo sviluppo di superconduttori ottimizzati per compiti e scopi specifici. Un esempio fornito dai ricercatori è l’informatica quantistica, dove il controllo degli elettroni e la resistenza alle interferenze esterne sono fondamentali per la funzionalità.

“Il problema è che i bit quantistici sono attualmente molto instabili perché sono estremamente sensibili alle influenze esterne, come i campi elettrici o magnetici”, dice Gould.

“La nostra scoperta potrebbe aiutare a stabilizzare i bit quantistici, in modo da poterli utilizzare in futuro nei computer quantistici”.