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Un nuovo materiale esotico potrebbe rivoluzionare il calcolo quantistico

Alcuni fisici del MIT hanno dimostrato una forma esotica di superconduttività in un nuovo materiale che il team ha sintetizzato solo circa un anno fa. Sebbene infatti fosse stato previsto sin dal 1960, fino ad ora questo tipo di superconduttore si è dimostrato difficile da stabilizzare. Inoltre, gli scienziati hanno scoperto che lo stesso materiale può potenzialmente essere manipolato per esibire un’altra forma altrettanto esotica di superconduttività.

La dimostrazione della superconduttività a momento finito in un cristallo stratificato noto come super reticolo naturale significa che è avvenuta modificando il materiale per creare diversi modelli di superconduttività all’interno dello stesso campione. E questo, a sua volta, potrebbe avere implicazioni per l’informatica quantistica e altro ancora.

Il materiale può essere utile per le nuove tecnologie quantistiche. Progettare tali tecnologie è impegnativo, in parte perché i materiali di cui sono composti possono essere difficili da studiare. Il nuovo materiale potrebbe semplificare tale ricerca perché, tra le altre cose, è relativamente facile da realizzare.

‎Joseph Checkelsky, ricercatore principale del lavoro e professore associato di fisica, spiega che di recente c’è stato un boom di realizzazione di superconduttori speciali bidimensionali, o composti di solo pochi strati atomici. Questi nuovi superconduttori ultrasottili sono interessanti anche perché ci si aspetta che forniscano informazioni sulla superconduttività stessa. Ma ci sono delle sfide da affrontare. Innanzi tutto i materiali formati di pochi strati atomici sono difficili da studiare perché molto delicati.

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Il nuovo materiale realizzato da Checkelsky e colleghi può essere pensato come l’equivalente superconduttore di una torta a strati, dove uno strato è un film ultrasottile di materiale superconduttore, mentre il successivo è uno strato distanziatore ultrasottile che lo protegge. Impilando questi strati uno sopra l’altro si produce in un grande cristallo (questo accade naturalmente quando gli elementi costitutivi di zolfo, niobio e bario vengono riscaldati insieme). “E quel cristallo macroscopico, che posso tenere in mano, si comporta come un superconduttore 2D.

Mentre la superconduttività viene solitamente distrutta da campi magnetici modesti, un superconduttore a momento finito può persistere ulteriormente formando un modello regolare di regioni con molte coppie di Cooper e regioni che non ne hanno. Si scopre che questo tipo di superconduttore può essere manipolato per formare una varietà di modelli insoliti mentre le coppie di Cooper si muovono tra orbite meccaniche quantistiche note come livelli di Landau. E questo significa, afferma Checkelsky, che gli scienziati dovrebbero ora essere in grado di creare diversi modelli di superconduttività all’interno dello stesso materiale.

Il team di Checkelsky sta attualmente lavorando per vedere se il loro materiale è effettivamente capace di superconduttività topologica. Se è così, “possiamo combinare entrambi i nuovi tipi di superconduttività? A cosa potrebbe portare?” Queste sono alcune domande a cui il team cercherà di rispondere.