Δημιουργία νέων καταστάσεων ύλης – Οι ερευνητές εφευρίσκουν δύο νέους τύπους υπεραγωγιμότητας

Η ηλεκτρονική του μέλλοντος εξαρτάται από την ανακάλυψη μοναδικών υλικών. Ωστόσο, μερικές φορές η τοπολογία των φυσικών ατόμων καθιστά δύσκολη τη δημιουργία νέων φυσικών επιδράσεων. Για να αντιμετωπίσουν αυτό το πρόβλημα, επιστήμονες από το Πανεπιστήμιο της Ζυρίχης κατάφεραν να σχεδιάσουν έναν υπεραγωγό καλαμπόκι Ταυτόχρονα, δημιουργώντας νέες καταστάσεις ύλης.

Πώς θα μοιάζει ο υπολογιστής του μέλλοντος; Πώς θα λειτουργήσει; Η αναζήτηση απαντήσεων σε αυτά τα ερωτήματα είναι ένας σημαντικός μοχλός της βασικής έρευνας της φυσικής. Υπάρχουν πολλά πιθανά σενάρια, που κυμαίνονται από την περαιτέρω ανάπτυξη της κλασικής ηλεκτρονικής έως τους νευρωνικούς υπολογιστές και τους κβαντικούς υπολογιστές.

Το κοινό στοιχείο σε όλες αυτές τις προσεγγίσεις είναι ότι βασίζονται σε νέα φυσικά αποτελέσματα, μερικά από τα οποία μέχρι στιγμής έχουν προβλεφθεί μόνο θεωρητικά. Οι ερευνητές καταβάλλουν μεγάλες προσπάθειες και χρησιμοποιούν εξοπλισμό τελευταίας τεχνολογίας στην αναζήτησή τους για νέα κβαντικά υλικά που θα τους επέτρεπαν να δημιουργήσουν τέτοια εφέ. Τι γίνεται όμως αν δεν υπάρχουν κατάλληλα φυσικά υλικά;

Μια νέα προσέγγιση στην υπεραγωγιμότητα

Σε πρόσφατη μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Φυσική της φύσης, Η ερευνητική ομάδα του καθηγητή Titus Neubert από το Πανεπιστήμιο ZH, σε στενή συνεργασία με φυσικούς στο Ινστιτούτο Max Planck για τη Φυσική των Λεπτών Δομών στο Halle (Γερμανία), έδωσε μια πιθανή λύση. Οι ερευνητές κατασκεύασαν μόνοι τους τα απαιτούμενα υλικά – ένα άτομο τη φορά.

Επικεντρώνονται σε νέους τύπους υπεραγωγών, οι οποίοι είναι ιδιαίτερα ενδιαφέροντες επειδή δεν προσφέρουν ηλεκτρική αντίσταση σε χαμηλές θερμοκρασίες. Μερικές φορές αναφέρονται ως «τέλειοι δυαδικοί μαγνήτες», οι υπεραγωγοί χρησιμοποιούνται σε πολλούς κβαντικούς υπολογιστές λόγω των ασυνήθιστων αλληλεπιδράσεών τους με τα μαγνητικά πεδία. Οι θεωρητικοί φυσικοί έχουν περάσει χρόνια ερευνώντας και προβλέποντας διαφορετικές υπεραγώγιμες καταστάσεις. «Ωστόσο, μόνο μερικά από αυτά έχουν μέχρι στιγμής αποδειχθεί οριστικά σε υλικά», λέει ο καθηγητής Neubert.

Δύο νέοι τύποι υπεραγωγιμότητας

Στη συναρπαστική συνεργασία τους, οι ερευνητές στο Πανεπιστήμιο ZH προέβλεψαν θεωρητικά πώς θα διατάσσονταν τα άτομα για να δημιουργήσουν μια νέα υπεραγώγιμη φάση και η ομάδα στη Γερμανία διεξήγαγε στη συνέχεια πειράματα για την εφαρμογή της σχετικής τοπολογίας. Χρησιμοποιώντας ένα μικροσκόπιο σάρωσης σήραγγας, μετακινούσαν τα άτομα και τα τοποθέτησαν στη σωστή θέση με ατομική ακρίβεια.

Η ίδια μέθοδος χρησιμοποιήθηκε επίσης για τη μέτρηση των μαγνητικών και υπεραγώγιμων ιδιοτήτων του συστήματος. Με την εναπόθεση ατόμων χρωμίου στην επιφάνεια του υπεραγώγιμου νιοβίου, οι ερευνητές μπόρεσαν να δημιουργήσουν δύο νέους τύπους υπεραγωγιμότητας. Παρόμοιες μέθοδοι έχουν χρησιμοποιηθεί στο παρελθόν για τον χειρισμό ατόμων και μορίων μετάλλων, αλλά μέχρι τώρα δεν ήταν ποτέ δυνατό να κατασκευαστούν 2D υπεραγωγοί χρησιμοποιώντας αυτήν την προσέγγιση.

Τα αποτελέσματα όχι μόνο επιβεβαιώνουν τις θεωρητικές προβλέψεις των φυσικών, αλλά τους δίνουν επίσης λόγους να κάνουν εικασίες για το ποιες άλλες νέες καταστάσεις ύλης θα μπορούσαν να δημιουργηθούν με αυτόν τον τρόπο και πώς θα μπορούσαν να χρησιμοποιηθούν σε κβαντικούς υπολογιστές στο μέλλον.

Αναφορά: «Δισδιάστατα πλέγματα Chiba ως πιθανή πλατφόρμα για κρυσταλλική τοπολογική υπεραγωγιμότητα» από τη Martina O. Soldini, Felix Koster, Glenn Wagner, Souvik Das, Amal Darawsheh, Ronnie Thomali, Samir Lounis, Stuart S. B. Parkin, Paolo Ceci και Titus Neubert, 10 Ιουλίου 2023, Φυσική της φύσης.
doi: 10.1038/s41567-023-02104-5