Diodo superconduttore senza campo magnetico esterno

I superconduttori sono la chiave per il passaggio di corrente senza perdite. Tuttavia, la realizzazione di diodi superconduttori è diventata solo di recente un importante argomento di ricerca scientifica. Un gruppo di ricerca internazionale, di cui fa parte anche il fisico teorico Mathias Scheurer dell’Università di Innsbruck, è ora riuscito a raggiungere una pietra miliare: la realizzazione di un effetto diodo superconduttore senza un campo magnetico esterno, dimostrando così l’ipotesi della coesistenza di superconduttività e magnetismo. Ne danno notizia su Nature Physics.

Si parla di effetto diodo superconduttore quando un materiale si comporta come un superconduttore in una direzione del flusso di corrente e come un resistore nell’altra. A differenza di un diodo convenzionale, un diodo superconduttore presenta una resistenza completamente nulla e quindi nessuna perdita nella direzione di avanzamento. Questo potrebbe costituire la base per la futura elettronica quantistica senza dispersioni. I fisici sono riusciti a creare l’effetto diodo per la prima volta circa due anni fa, ma con alcune limitazioni fondamentali. “All’epoca, l’effetto era molto debole e veniva generato da un campo magnetico esterno, il che è molto svantaggioso per le potenziali applicazioni tecnologiche”, spiega Mathias Scheurer dell’Istituto di fisica teorica dell’Università di Innsbruck.

I nuovi esperimenti condotti dai fisici sperimentali della Brown University, descritti nell’attuale numero di Nature Physics, non richiedono un campo magnetico esterno. Oltre ai già citati vantaggi applicativi, gli esperimenti confermano una tesi precedentemente teorizzata da Mathias Scheurer: La superconduttività e il magnetismo coesistono in un sistema costituito da tre strati di grafene attorcigliati l’uno contro l’altro. Il sistema genera quindi virtualmente il proprio campo magnetico interno, creando un effetto diodo.

“L’effetto diodo osservato dai colleghi della Brown University era molto forte. Inoltre, la direzione del diodo può essere invertita con un semplice campo elettrico. Tutto ciò rende il grafene trilayer una piattaforma molto promettente per l’effetto diodo superconduttore”, chiarisce Mathias Scheurer, la cui ricerca si concentra sui materiali bidimensionali, in particolare sul grafene.

L’effetto diodo descritto in Nature Physics è stato prodotto anche con il grafene, un materiale costituito da un singolo strato di atomi di carbonio disposti a nido d’ape. Impilando diversi strati di grafene si ottengono proprietà completamente nuove, tra cui la capacità di tre strati di grafene attorcigliati l’uno contro l’altro di condurre corrente elettrica senza perdite.

Il fatto che in questo sistema esista un effetto diodo superconduttore senza un campo magnetico esterno ha grandi implicazioni per lo studio del complesso comportamento fisico del grafene a tre strati attorcigliati, poiché dimostra la coesistenza di superconduttività e magnetismo. Questo dimostra che l’effetto diodo non solo ha rilevanza tecnologica, ma ha anche il potenziale per migliorare la nostra comprensione dei processi fondamentali della fisica a molti corpi.

Fonte: Effetto diodo superconduttore a campo zero nel grafene trilayer a piccolo angolo di torsione https://doi.org/10.1038/s41567-022-01700-1

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