Pesquisadores observam efeito de diodo supercondutor onipresente em filmes supercondutores finos

Recurso de 3 de agosto de 2023

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por Ingrid Fadelli, Phys.org

O chamado efeito diodo supercondutor (SC) atraiu recentemente atenção significativa dentro da comunidade de pesquisa em física, devido ao seu valor potencial para o desenvolvimento de novas tecnologias. Este efeito fornece um exemplo chave de supercondutividade não recíproca, já que os materiais que o hospedam são essencialmente supercondutores em uma direção do fluxo de corrente e resistivos na outra.

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT), em colaboração com a IBM Research Europe e outros institutos em todo o mundo, observaram recentemente este efeito interessante em filmes finos de materiais supercondutores. Suas descobertas, apresentadas em Physical Review Letters, poderiam permitir a fabricação de novos componentes eletrônicos, como diodos de melhor desempenho (ou seja, dispositivos que permitem que a corrente elétrica flua em uma direção específica).

“Nossa descoberta de um efeito de diodo SC foi de certa forma fortuita, embora igualmente surpreendente”, disse Jagadeesh Moodera, um dos pesquisadores que realizou o estudo, ao Phys.org. "Estávamos (e ainda estamos) estudando os indescritíveis estados ligados de Majorana, também conhecidos como férmions de Majorana, que aparecem em uma superfície supercondutora de ouro usando uma estrutura de pilha de filme fino semelhante. Fizemos um desvio para uma pesquisa 'rápida' do fenômeno ( efeito de diodo supercondutor) que de repente ganhou destaque, com vários novos relatórios sobre este assunto aparecendo desde 2020."

Poucos dias depois de Moodera e seus colegas começarem a investigar o efeito do diodo SC, eles o observaram com sucesso em filmes supercondutores finos. Inicialmente, eles tentaram observar especificamente o efeito sob condições conhecidas como favoráveis, especificamente quando os supercondutores foram submetidos a campos spin-órbita e de troca. No entanto, rapidamente perceberam que o efeito era omnipresente nas camadas supercondutoras, o que significa que ocorria de qualquer forma, mesmo sem estes campos.

"Descobriu-se que o comportamento recorde do diodo em um supercondutor poderia ser realizado com a simples escultura de suas bordas e, assim, formando a base para uma futura expansão fácil de memória supercondutora eficiente, switch, lógica, etc., tecnologia de dispositivo", explicou Moodera. "É digno de nota salientar que dois alunos do segundo ano do ensino médio que conduziram pesquisas no MIT durante o verão, nomeadamente Amith Verambally e Ourania Glezakou-Ebert, foram fundamentais para este estudo. Este trabalho enfatiza ainda que pesquisas inovadoras acontecem quando menos se espera, quando gratuitas. para explorar, com a mente aberta!"

Supercondutores são materiais que se tornam supercondutores (ou seja, podem conduzir corrente contínua sem perder energia) quando resfriados a temperaturas suficientemente baixas. Em outras palavras, esses materiais hospedam uma corrente elétrica sem dissipação, que flui através deles com resistência zero até um valor máximo, conhecido como corrente crítica.

Quando ocorre o efeito do diodo SC, esta corrente crítica torna-se diferente com base em sua direção (ou seja, se ela está fluindo para frente ou para trás dentro do material). O principal objetivo do estudo dos pesquisadores foi sondar esse efeito em finas camadas de materiais supercondutores.

"Fabricamos filmes SC de alta qualidade com uma camada semicondutora ferromagnética sobre eles, e medindo as características da corrente de transporte encontramos um enorme efeito de diodo SC sem a necessidade de um campo magnético aplicado", explicaram Akashdeep Kamra e Yasen Hou. "Percebemos que os finos detalhes geométricos dos lados em nossas tiras de filme com padrão litográfico estavam desempenhando um papel crucial nesse efeito de diodo. Então, sintetizamos simplesmente o filme SC e introduzimos falta de homogeneidade em um dos lados, criando ainda mais assimetria, para melhorar o efeito do diodo SC."