I ricercatori italiani e dei Paesi Baschi e hanno prodotto una batteria quantica con un nucleo di arsenuro di indio e superconduttori di alluminio ai suoi poli che potrebbe essere la chiave per alcune tecnologie quantistiche. Genera una super corrente che non è indotta da una tensione, come nelle batterie classiche, ma da una differenza di fase nel circuito quantico.
La pila classica, la pila Volta, fa parte della nostra vita quotidiana ed è ben nota. Converte l’energia chimica in una tensione, che può quindi alimentare i circuiti elettronici in molti dispositivi.
Tuttavia, in molte tecnologie quantistiche , i circuiti o i dispositivi si basano su materiali superconduttori, in cui le correnti possono fluire senza la necessità di una tensione applicata. Pertanto, in questo tipo di sistema, non è necessaria una batteria classica.
Queste correnti sono chiamate supercorrenti perché non mostrano perdite di energia. Sono indotti non da una tensione, ma da una differenza di fase della funzione d’onda del circuito quantico, che è direttamente correlata alla natura ondulatoria della materia.
Pertanto, un dispositivo quantico in grado di fornire una differenza di fase persistente può essere visto come una pila di fasi quantiche, che induce supercorrenti in un circuito quantico.
Lo studio sulla pila quantica presente su Nature
Ora un team di scienziati dei Paesi Baschi e italiani presenta sulla rivista Nature Nanotechnology i risultati di una collaborazione teorica e sperimentale che ha portato alla produzione della prima batteria di questo tipo. Secondo gli autori, costituisce un elemento chiave per le tecnologie quantistiche basate sulla coerenza di fase.
L’idea è stata concepita per la prima volta nel 2015 da Sebastian Bergeret del gruppo di fisica mesoscopica del Center for Materials Physics (CFM, centro congiunto del CSIC e dell’Università dei Paesi Baschi UPV / EHU) e Ilya Tokatly, professore Ikerbasque del gruppo di Nanospettroscopia dell’UPV / EHU, entrambi associati al Donostia International Physics Center (DIPC).
Accoppiamento spin-orbita
Insieme hanno proposto un sistema teorico con le proprietà necessarie per costruire la pila di fasi, che combina materiali superconduttori e magnetici con un intrinseco effetto relativistico, chiamato accoppiamento spin-orbita.
Alcuni anni dopo, i ricercatori Francesco Giazotto ed Elia Strambini dell’Istituto NEST-CNR di Pisa, in collaborazione con altri dell’Università anche di Salerno, hanno identificato una combinazione di materiali adatta e hanno prodotto la prima batteria a fase quantica.
È costituito da un nanofilo di arsenuro di indio che costituisce il nucleo della batteria e cavi superconduttori in alluminio ad azione polare. La batteria viene caricata applicando un campo magnetico esterno, che può quindi essere spento.
Gli scienziati dei paesi baschi Cristina Sanz-Fernández e Claudio Guarcello, anch’essi della CFM, hanno adattato la teoria per simulare i risultati sperimentali.
Fino ad oggi, il personale di ricerca del laboratorio di nanofisica e del gruppo di fisica mesoscopica, entrambi del CFM, continuano a lavorare sui miglioramenti che definiscono il futuro di questa batteria.
Questo lavoro contribuisce agli enormi progressi compiuti nella tecnologia quantistica che dovrebbero rivoluzionare le tecniche di elaborazione e rilevamento, nonché la medicina e le telecomunicazioni nel prossimo futuro.
Riferimento:
Elia Strambini, Andrea Iorio, Ofelia Durante, Roberta Citro, Cristina Sanz-Fernández, Claudio Guarcello, Ilya V. Tokatly, Alessandro Braggio, Mirko Rocci, Nadia Ligato, Valentina Zannier, Lucia Sorba, F. Sebastian Bergeret e Francesco Giazotto. “Una batteria di fase Josephson”. Nature Nanotechnology , 2020. DOI: 10.1038 / s41565-020-0712-7
Fonte: UPV / EHU
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