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Aug 22, 2023

I ricercatori osservano l’onnipresente effetto dei diodi superconduttori nei sottili film superconduttori

Articolo del 3 agosto 2023 Questo articolo è stato rivisto in base al processo editoriale e alle politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo al tempo stesso il contenuto

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di Ingrid Fadelli, Phys.org

Il cosiddetto effetto del diodo superconduttore (SC) ha recentemente attirato una notevole attenzione all'interno della comunità di ricerca in fisica, grazie al suo potenziale valore per lo sviluppo di nuove tecnologie. Questo effetto fornisce un esempio chiave di superconduttività non reciproca, poiché i materiali che lo ospitano sono essenzialmente superconduttori in una direzione del flusso di corrente e resistivi nell’altra.

I ricercatori del Massachusetts Institute of Technology (MIT), in collaborazione con IBM Research Europe e altri istituti in tutto il mondo, hanno recentemente osservato questo interessante effetto nei film sottili di materiali superconduttori. I loro risultati, presentati in Physical Review Letters, potrebbero consentire la fabbricazione di nuovi componenti elettronici, come diodi con prestazioni migliori (ovvero dispositivi che consentono alla corrente elettrica di fluire in una direzione specifica).

"La nostra scoperta dell'effetto di un diodo SC è stata in un certo senso fortuita, ma altrettanto sorprendente", ha detto a Phys.org Jagadeesh Moodera, uno dei ricercatori che hanno condotto lo studio. "Stavamo (e stiamo ancora) studiando gli sfuggenti stati legati di Majorana, noti anche come fermioni di Majorana, che appaiono su una superficie d'oro superconduttrice utilizzando una struttura simile a quella di una pellicola sottile. Abbiamo fatto una deviazione per una ricerca 'rapida' del fenomeno ( effetto del diodo superconduttivo) che stava improvvisamente attirando l'attenzione, con diversi nuovi rapporti su questo argomento apparsi a partire dal 2020."

Solo pochi giorni dopo che Moodera e i suoi colleghi hanno iniziato a studiare l’effetto del diodo SC, lo hanno osservato con successo in sottili film superconduttori. Inizialmente, hanno cercato specificamente di osservare l'effetto in condizioni note per essere favorevoli, in particolare quando i superconduttori erano soggetti a campi di spin-orbita e di scambio. Tuttavia, presto si resero conto che l’effetto era onnipresente negli strati superconduttori, il che significa che si verificava in ogni caso, anche senza questi campi.

"Si è scoperto che il comportamento record di un diodo in un superconduttore potrebbe essere realizzato con la semplice scultura dei suoi bordi, formando così la base per un futuro facile sviluppo di efficienti memorie superconduttrici, interruttori, logica ecc., tecnologia dei dispositivi", ha spiegato Moodera. "È degno di nota sottolineare che due ragazzi delle scuole superiori che hanno condotto una ricerca al MIT durante l'estate, vale a dire Amith Verombally e Ourania Glezakou-Ebert, sono stati determinanti in questo studio. Questo lavoro sottolinea ulteriormente che la ricerca rivoluzionaria avviene quando meno te lo aspetti, quando sei libero da esplorare, con la mente aperta!"

I superconduttori sono materiali che diventano superconduttori (cioè possono condurre corrente continua senza perdere energia) quando raffreddati a temperature sufficientemente basse. In altre parole, questi materiali ospitano corrente elettrica priva di dissipazione, che li attraversa con resistenza nulla fino ad un valore massimo, noto come corrente critica.

Quando si verifica l'effetto del diodo SC, questa corrente critica diventa diversa in base alla sua direzione (ovvero, a seconda se scorre in avanti o all'indietro all'interno del materiale). L'obiettivo principale dello studio dei ricercatori era sondare questo effetto in strati sottili di materiali superconduttori.

"Abbiamo fabbricato pellicole SC di alta qualità con uno strato semiconduttore ferromagnetico sopra e misurando le caratteristiche della corrente di trasporto abbiamo riscontrato un enorme effetto del diodo SC senza la necessità di un campo magnetico applicato", hanno spiegato Akashdeep Kamra e Yasen Hou. "Ci siamo resi conto che i fini dettagli geometrici dei lati nelle nostre strisce di pellicola con motivo litografico giocavano un ruolo cruciale in questo effetto diodo. Quindi, abbiamo sintetizzato anche semplicemente la pellicola SC e introdotto disomogeneità su uno dei lati, creando ulteriore asimmetria, per migliorare l'effetto diodo SC."