I superconduttori a più alta temperatura si avvicinano alla realtà, grazie a una nuova interfaccia non convenzionale

Un team di ricercatori ha progettato un'interfaccia unica tra un superconduttore (materiale che esibisce una resistenza elettrica pari a zero a basse temperature) e un materiale chirale. La nuova interfaccia crea un campo Zeeman notevolmente potenziato - un campo magnetico che influenza lo spin degli elettroni. La tecnologia potrebbe essere la chiave per applicazioni nuove e innovative in campi come l'elettronica, l'energia e, soprattutto, l'informatica quantistica.

Il nuovo materiale superconduttore combina un superconduttore convenzionale con un materiale che presenta un forte accoppiamento spin-orbita. Questa interazione, che deriva dall'accoppiamento tra lo spin di un elettrone e il suo movimento orbitale, ha dimostrato di influenzare fortemente le proprietà del materiale superconduttore. L'interfaccia induce una polarizzazione di spin sulla superficie del superconduttore e genera stati di quasiparticelle di origine magnetica.

Ora, gli stati quasiparticellari sono quelli che sono influenzati in modo specifico dai campi magnetici. Questi stati possono sorgere nei materiali in cui le interazioni tra gli elettroni e i campi magnetici sono forti. Gli effetti sono legati al concetto di selettività di spin indotta dalla chiralità (CISS), dove la chiralità strutturale di un materiale influenza lo spin e il momento angolare orbitale dei suoi elettroni. La CISS è fondamentale per lo sviluppo della spintronica superconduttiva e della superconduttività topologica, perché fornisce un modo per controllare lo spin degli elettroni nei materiali superconduttivi.

Ingegnerizzando l'interfaccia tra questi due materiali, i ricercatori sono riusciti a migliorare le proprietà superconduttive. Il materiale risultante ha anche dimostrato una tolleranza molto più elevata ai campi magnetici, che di per sé è un fattore critico per molte applicazioni pratiche. Per esempio, può eliminare la decoerenza, che si verifica quando un sistema quantistico interagisce con il suo ambiente.

Le implicazioni? Questa nuova tecnologia può contribuire allo sviluppo di superconduttori ad alta temperatura, che operano a temperature più vicine alle condizioni ambientali. È importante notare che i superconduttori esistenti funzionano solo a temperature estremamente basse. Se le temperature salgono abbastanza da raggiungere la banda di conduzione, la superconduttività non si verifica. Pertanto, i materiali futuri basati su questa interfaccia potrebbero ridefinire la trasmissione e l'immagazzinamento di energia, oltre a consentire la creazione di dispositivi elettronici più potenti ed efficienti, come i transistor ad alte prestazioni.

Infine, l'accoppiamento spin-orbita potenziato in questo nuovo materiale potrebbe portare alla realizzazione di stati superconduttori esotici con proprietà topologiche. Gli stati esotici differiscono dai superconduttori convenzionali in termini di proprietà elettroniche e di simmetria. Questi stati sono stati oggetto di un intenso interesse di ricerca a causa del loro potenziale per l'elaborazione delle informazioni e la computazione quantistica, come già detto.

I ricercatori ritengono che le loro scoperte stimoleranno ulteriori ricerche nel campo della superconduttività e apriranno nuove strade nel prossimo futuro. Come riferimento, il primo sistema di risonanza magnetica commerciale che utilizzava i superconduttori è stato introdotto sul sito all'inizio degli anni Ottanta. Inutile dire che si trattava di una tecnologia rivoluzionaria, e si spera che le applicazioni future non facciano altro che consolidare la sua eredità.