Pesquisadores da Universidade de Manchester foram os pioneiros em um supercondutor unidimensional robusto que poderia avançar significativamente a tecnologia quântica, superando desafios de longa data na obtenção de supercondutividade em campos magnéticos elevados.
Pesquisadores da Universidade de Manchester fizeram um grande avanço na supercondutividade ao manter com sucesso uma supercondutividade robusta sob altos campos magnéticos em um novo sistema unidimensional (1D). Esta descoberta oferece um caminho promissor para alcançar a supercondutividade no regime quântico de Hall, um desafio de longa data na física da matéria condensada.
A supercondutividade, a capacidade de certos materiais de conduzir eletricidade com resistência zero, possui um profundo potencial para avanços nas tecnologias quânticas. No entanto, alcançar a supercondutividade no regime Hall quântico, caracterizado pela condutância elétrica quantizada, provou ser um grande desafio.
Detalhes da pesquisa e descobertas iniciais
A pesquisa, publicada em Natureza, detalha o extenso trabalho da equipe de Manchester liderada pelo professor Andre Geim, Dr. Julien Barrier e Dr. Na Xin para alcançar a supercondutividade no regime quântico de Hall. Seus esforços iniciais seguiram a rota convencional, onde os estados extremos de contrapropagação foram aproximados uns dos outros. No entanto, esta abordagem revelou-se limitada.
“Nossos experimentos iniciais foram motivados principalmente pelo forte interesse persistente na supercondutividade de proximidade induzida ao longo dos estados quânticos de borda de Hall”, explica o Dr. Barrier, principal autor do artigo. “Essa possibilidade levou a inúmeras previsões teóricas sobre o surgimento de novas partículas conhecidas como anyons não abelianos.”
A equipe explorou então uma nova estratégia inspirada em seu trabalho anterior, demonstrando que as fronteiras entre domínios em grafeno pode ser altamente condutor. Ao colocar essas paredes de domínio entre dois supercondutores, eles alcançaram a proximidade final desejada entre os estados de borda de contrapropagação, minimizando os efeitos da desordem.
“Fomos incentivados a observar grandes supercorrentes em temperaturas relativamente amenas de até um Kelvin em cada dispositivo que fabricamos”, lembra o Dr. Barrier.
Descoberta da supercondutividade 1D monomodo
Investigações adicionais revelaram que a supercondutividade de proximidade originou-se não dos estados quânticos de borda de Hall que se propagam ao longo das paredes do domínio, mas sim de estados eletrônicos estritamente 1D existentes dentro das próprias paredes do domínio. Esses estados 1D, cuja existência foi comprovada pelo grupo teórico do professor Vladimir Fal’ko no Instituto Nacional de Grafeno, exibiram uma maior capacidade de hibridizar com a supercondutividade em comparação com os estados quânticos de borda de Hall. Acredita-se que a natureza unidimensional inerente dos estados interiores seja responsável pelas supercorrentes robustas observadas em campos magnéticos elevados.
Esta descoberta da supercondutividade 1D monomodo mostra caminhos interessantes para pesquisas futuras. “Em nossos dispositivos, os elétrons se propagam em duas direções opostas dentro do mesmo nanoescala espaço e sem dispersão”, elabora o Dr. Barrier. “Tais sistemas 1D são excepcionalmente raros e prometem resolver uma ampla gama de problemas na física fundamental.”
A equipe já demonstrou a capacidade de manipular esses estados eletrônicos usando tensão de porta e observar ondas eletrônicas estacionárias que modulavam as propriedades supercondutoras.
“É fascinante pensar o que este novo sistema pode nos trazer no futuro. A supercondutividade 1D apresenta um caminho alternativo para a realização de quasipartículas topológicas combinando o efeito Hall quântico e a supercondutividade”, conclui o Dr. Este é apenas um exemplo do vasto potencial que nossas descobertas possuem.”
20 anos após o advento do primeiro material 2D, o grafeno, esta pesquisa da Universidade de Manchester representa mais um passo em frente no campo da supercondutividade. Espera-se que o desenvolvimento deste novo supercondutor 1D abra portas para avanços nas tecnologias quânticas e abra caminho para uma maior exploração de novas físicas, atraindo o interesse de várias comunidades científicas.
Referência: “Supercondutividade de proximidade unidimensional no regime quântico de Hall” por Julien Barrier, Minsoo Kim, Roshan Krishna Kumar, Na Xin, P. Kumaravadivel, Lee Hague, E. Nguyen, AI Berdyugin, Christian Moulsdale, VV Enaldiev, JR Prance , FHL Koppens, RV Gorbachev, K. Watanabe, T. Taniguchi, LI Glazman, IV Grigorieva, VI Fal’ko e AK Geim, 24 de abril de 2024, Natureza.
DOI: 10.1038/s41586-024-07271-w
