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Verso i dispositivi superconduttori quantistici

Scienziati europei e giapponesi hanno lavorato assieme per gettare nuova luce sulle proprietà fondamentali dei superconduttori a base ferrosa. La ricerca e il lavoro sperimentale aprono la strada a nuovi dispositivi elettronici.
Verso i dispositivi superconduttori quantistici
Circa 100 anni fa, un fisico olandese raffreddò il mercurio fino quasi allo zero assoluto, la temperatura più bassa teoricamente raggiungibile. Quasi per caso, egli scoprì che la sua resistenza era scomparsa, dimostrando per la prima volta la superconduttività. Da allora, sono stati scoperti e studiati numerosi materiali superconduttori, sia metallici che ossidi, eppure i misteri della superconduttività sono ancora innumerevoli.

Gli ultimi a fare la loro comparsa sono i superconduttori a base ferrosa che aprono la strada ad eccitanti applicazioni nel campo della fisica e ad altri possibili impieghi senza il super-raffreddamento. Finora, questi materiali sono stati studiati in forma sfusa e policristallina a causa delle difficoltà nella sintetizzazione di film epitassiali sottili. I partner che hanno ottenuto dei recenti successi nella crescita epitassiale di film superconduttori a base ferrosa hanno unito le loro forze nel progetto IRON-SEA (Establishing the basic science and technology for iron-based superconducting electronics applications), finanziato dall’UE. Sono stati compiuti degli sforzi per gettare le fondamenta scientifiche per lo sfruttamento futuro in nuovi dispositivi e applicazioni.

Per i dispositivi evoluti, sono necessari dei film epitassiali sottili di alta qualità. I materiali superconduttori stratificati con precisione sono sempre più importanti nei dispositivi superconduttori a interferenza quantistica (SQUID) che potrebbero essere usati per l’informatica quantistica. Gli scienziati hanno lavorato all’ottimizzazione e alla definizione delle condizioni di crescita di tutti i film sottili superconduttori a base ferrosa studiati usando la deposizione laser pulsata e l’epitassia da fasci molecolari.

Un altro importante elemento per lo sviluppo di nuovi dispositivi è una tecnologia affidabile per la modellatura ad alta risoluzione. Gli scienziati sono riusciti a sviluppare un metodo di fotolitografia per la modellatura precisa di film sottili di materiali superconduttori a base ferrosa.

Dopo aver sviluppato con successo le giunzioni tunnel superconduttive (STJ, superconducting tunnel junction), gli scienziati hanno scoperto che gli ossidi di titanio e di alluminio erano i materiali più idonei come barriere isolanti per le giunzioni per la fabbricazione del dispositivo. Una grande varietà di STJ sono state ottimizzate per consentire dispositivi ibridi sensibili alla fase nell’immediato futuro.

La banda proibita della superconduttività e la sua simmetria nei superconduttori a base ferrosa sono differenti da quella che si trova nei superconduttori convenzionali o cuprati. I superconduttori convenzionali richiedono una banda proibita simmetrica. Attraverso differenti tecniche di spettroscopia, il team ha effettuato delle importanti ricerche per comprendere il meccanismo di accoppiamento tra bande proibite e simmetria per svelare la fisica della superconduttività.

A parte gli SQUID, le scoperte del progetto aprono la strada allo sviluppo di rilevatori a nanotubi e memorie magnetiche STJ per circuiti logici quantistici rapidi a singolo flusso basati su superconduttori a base ferrosa.

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Keywords

Dispositivi quantici, superconduttori a base ferrosa, superconduttori, dispositivi superconduttori a interferenza quantistica