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(noticias nanowerk) Una colaboración entre investigadores de FLEET de la Universidad de Wollongong y la Universidad de Monash ha investigado el efecto del diodo superconductor, uno de los fenómenos más fascinantes descubiertos recientemente en la física cuántica de la materia condensada.
Un diodo superconductor permite el flujo de supercorriente sin pérdidas en una sola dirección y ofrece nuevas funcionalidades para circuitos superconductores.
Este elemento de circuito no disipativo es clave para futuros dispositivos cuánticos híbridos superconductores y semiconductores-superconductores de energía ultrabaja y ofrece potencial para tecnologías cuánticas tanto en computación clásica como cuántica.
La investigación fue publicada en Naturaleza Reseñas Física (“El efecto del diodo superconductor”).
Superconductores y efectos de diodos.
Un superconductor se caracteriza por una resistividad cero y un comportamiento diamagnético perfecto, lo que da como resultado un transporte sin pérdidas y una levitación magnética.
Los superconductores “convencionales” y el fenómeno subyacente de la superconductividad a baja temperatura pueden explicarse bien mediante la teoría microscópica de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), propuesta en 1957.
La predicción de la fase superconductora ferromagnética por Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov en 1964-65 y el descubrimiento de la superconductividad de «alta temperatura» en estructuras antiferromagnéticas en 1986-87 sentaron las bases para el campo de la superconductividad no convencional, en el orden de los superconductores. Es posible estabilizarlo en materiales funcionales como superconductores magnéticos, superconductores ferroeléctricos y superconductores topológicos helicoidales o quirales.
A diferencia de los semiconductores convencionales y los conductores normales, los electrones de los superconductores forman pares llamados pares de Cooper, y el flujo de pares de Cooper se llama supercorriente.
Recientemente, los investigadores han observado un transporte de supercorriente no recíproco que conduce a efectos de diodo en varios materiales superconductores con diferentes estructuras y diseños geométricos, incluidos monocristales, películas delgadas, heteroestructuras, nanocables y uniones Josephson.
El estudio
El equipo de investigación de FLEET revisó los avances teóricos y experimentales en el efecto del diodo superconductor (SDE) y proporcionó un análisis prospectivo de aspectos futuros. Este estudio destaca varios materiales que albergan SDE, estructuras de dispositivos, modelos teóricos y requisitos de simetría para diversos mecanismos físicos que conducen a SDE.
«A diferencia del diodo semiconductor convencional, la eficiencia del SDE se puede ajustar en gran medida mediante estímulos extrínsecos como la temperatura, el campo magnético, la activación, el diseño del dispositivo y funcionalidades de la mecánica cuántica intrínsecas como la fase Berry, la topología de banda y la interacción de la órbita de espín». explica la Dra. Muhammad Nadeem (Universidad de Wollongong), investigador asociado de FLEET.
La dirección de la supercorriente se puede controlar con un campo magnético o con un campo de puerta eléctrica. «Las funciones de diodo sintonizable de puerta en las estructuras de efecto de campo superconductoras podrían permitir aplicaciones de dispositivos novedosos para tecnologías híbridas superconductoras y semiconductoras-superconductoras», afirma el coautor Prof. Michael Fuhrer (Universidad de Monash), director de FLEET.
Se ha observado SDE en una variedad de estructuras superconductoras que consisten en superconductores convencionales, superconductores ferroeléctricos, grafeno trenzado de pocas capas, heteroestructuras de van der Waals y superconductores topológicos helicoidales o quirales. Esto refleja el enorme potencial y la amplia aplicabilidad de los diodos superconductores, que diversifican significativamente el panorama de las tecnologías cuánticas, afirma el profesor Xiaolin Wang (Universidad de Wollongong), investigador principal de FLEET.
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