Físicos desenvolveram um circuito supercondutor que se pensava ser impossível

Impressão artística de um chip supercondutor. (TU Delft)

Ao trocar um material clássico por um com propriedades quânticas únicas, os cientistas fizeram umasupercondutorcircuito que é capaz de feitos há muito considerados impossíveis.

A descoberta, feita por pesquisadores da Alemanha, Holanda e Estados Unidos, derruba um século de pensamento sobre a natureza dos circuitos supercondutores e como suas correntes podem ser domadas e colocadas em uso prático.

Circuitos de baixo desperdício e alta velocidade baseados na física de supercondutividade apresentam uma oportunidade de ouro para levar a tecnologia de supercomputação a um nível totalmente novo.



Infelizmente, as características que tornam essa forma fácil de corrente elétrica tão útil também criam desafios infinitos no projeto de versões supercondutoras de componentes elétricos comuns.

Pegue algo tão simples como um diodo , por exemplo. Essa unidade básica da eletrônica é como um sinal unidirecional para correntes, fornecendo um meio para regular, converter e sintonizar os movimentos dos elétrons.

Em materiais supercondutores, a identidade desses elétrons individuais se confunde, levando a parceiros chamados Pares de Cooper , dando a cada partícula na parceria a capacidade de evitar o choque de energia de uma corrente elétrica mais típica.

Mas sem as leis usuais de resistência em ação, os cientistas não conseguiram fazer os elétrons supercondutores viajarem em uma única direção, pois eles sempre demonstram o que é chamado de comportamento 'recíproco'.

Essa suposição fundamental – que a supercondutividade não pode violar a reciprocidade (pelo menos não sem manipulação do campo magnético) – persistiu desde o início dos estudos na área.

Francamente, é um obstáculo que os engenheiros poderiam prescindir.

“Nos anos 70, cientistas da IBM experimentaram a ideia de computação supercondutora, mas tiveram que parar seus esforços: em seus artigos sobre o assunto, a IBM menciona que sem supercondutividade não recíproca, um computador rodando em supercondutores é impossível”, explicam os pesquisadores. em um declaração de imprensa em seu novo estudo.

Esses esforços podem agora precisar ser revistos, na sequência de um experimento que mostra um tipo de junção com um componente quântico capaz de direcionar até mesmo pares de Cooper em uma rua de mão única.

Junções Josephson são tiras finas de material não supercondutor que separam um par de materiais que são supercondutores. Se o material for fino o suficiente, os elétrons podem passar por eles sem se importar com o mundo.

Abaixo de um certo nível, essa 'supercorrente' não tem tensão. Em um ponto crítico, surge uma tensão, oscilando rapidamente em ondas que podem ser usadas em aplicações comocomputadores quânticos.

Garantir que essa corrente só vá de uma maneira já era possível por meio de um campo magnético externo. Mas a equipe descobriu que se usassem uma rede 2D baseada no metal nióbio, eles poderiam abandonar o campo e confiar apenas nas propriedades quânticas do material.

'Conseguimos descascar apenas algumas camadas atômicas deste Nb3Br8e fazer um sanduíche muito, muito fino - apenas algumas camadas atômicas de espessura - o que era necessário para fazer o diodo Josephson, e não era possível com materiais 3D normais' diz o pesquisador principal Mazhar Ali, físico da Delft University of Technology, na Holanda.

A equipe está confiante de que marcou todas as caixas necessárias para apresentar um argumento sólido para sua descoberta. Ainda assim, há um longo caminho a percorrer antes de vermos supercondutores no centro da computação de próxima geração.

Por um lado, o fenômeno da supercondutividade normalmente ocorre em materiais resfriados a um pouco acima do zero absoluto.

Alguns materiais supercondutorespode lidar com o calor, mas apenas se colocado sob quantidades insanas de pressão.

Aprender como as junções Josephson baseadas nessas novas barreiras quânticas operam sob temperaturas e pressões mais altas pode ser um divisor de águas - reduzindo a quantidade de equipamentos necessários para supercomputadores incrivelmente eficientes, como o mundo nunca viu.

'Isso influenciará todos os tipos de aplicações sociais e tecnológicas', diz Ou.

“Se o século 20 foi o século dos semicondutores, o século 21 pode se tornar o século do supercondutor .'

Esta pesquisa foi publicada em Natureza .

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