A supercondutividade continua a revolucionar a tecnologia de muitas maneiras. Embora alguns avanços tecnológicos dependam da descoberta de maneiras de estimular correntes de resistência zero em temperaturas mais altas, os engenheiros também estão considerando melhores maneiras de controlar com precisão o fluxo super eficiente de elétrons num supercondutor.
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Infelizmente, muitos processos que funcionariam bem para a eletrônica comum, como a aplicação de campos magnéticos externos, correm o risco de interferir nas propriedades que tornam os supercondutores tão eficientes.
Uma equipe internacional de cientistas conseguiu confinar um estado exótico de supercondutividade que é controlado por um forte magnetismo, em vez de ser perturbado por ele.
Aqui, os pesquisadores conseguiram superar isso usando um isolante topológico: um material semicondutor que conduz eletricidade em sua superfície, mas não em seu interior, devido à forma como os elétrons estão dispostos dentro dele.
“O interessante é que podemos equipar isoladores topológicos com átomos magnéticos para que possam ser controlados por um ímã”, disse o físico Charles Gould, da Universidade de Würzburg, na Alemanha.
A equipe criou um isolante topológico bidimensional a partir de mercúrio, manganês e telúrio. Isso lhes permitiu induzir elétrons a uma disposição exótica chamada de estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO) induzido por proximidade, onde os acoplamentos quanticamente assistidos de elétrons, que permitem que as correntes fluam sem resistência, são alterados de forma a torná-los manipuláveis.
Nesta forma, o dispositivo poderia funcionar como uma junção Josephson, um componente de circuitos supercondutores onde as partes supercondutoras são separadas por uma fina camada de um material não supercondutor.
Embora o estado FFLO tenha sido observado em materiais supercondutores como uma propriedade em massa, confiná-lo a uma junção Josephson de tal forma que possa ser controlado permite aos físicos estudar o fenômeno com mais detalhes e desenvolver tecnologia que possa gerenciar melhor os sistemas supercondutores.
“Combinamos as vantagens de um supercondutor com a controlabilidade do isolador topológico”, disse Gould.
“Usando um campo magnético externo, podemos agora controlar com precisão as propriedades supercondutoras. Este é um verdadeiro avanço na física quântica.”
Como sempre, uma compreensão mais profunda dos fenômenos físicos – como a interação entre a supercondutividade e o magnetismo – tem o potencial de levar a aplicações mais inovadoras do mesmo.
A supercondutividade já é usada de diversas maneiras, desde componentes dentro de máquinas de ressonância magnética até trens maglev que flutuam acima dos trilhos (outro exemplo da relação dinâmica entre supercondutores e ímãs).
No futuro, as descobertas aqui relatadas poderão levar ao desenvolvimento de supercondutores ajustados para tarefas e propósitos específicos. Um exemplo dado pelos pesquisadores é a computação quântica, onde o controle dos elétrons e a resistência a interferências externas são cruciais para a funcionalidade.
“O problema é que os bits quânticos são atualmente muito instáveis porque são extremamente sensíveis a influências externas, como campos elétricos ou magnéticos”, diz Gould.
“Nossa descoberta pode ajudar a estabilizar bits quânticos para que possam ser usados em computadores quânticos no futuro”.
A pesquisa foi publicada na Nature Physics.
Traduzido de ScienceAlert
