Estudo de supercondutividade confirma existência de supercorrentes de borda

Materiais topológicos são materiais que têm propriedades incomuns que surgem porque sua função de onda — a lei física que guia os elétrons — é atada ou torcida. Onde o material topológico encontra o espaço circundante, a função de onda deve se desenrolar. Para acomodar essa mudança abrupta, os elétrons na borda do material devem se comportar de forma diferente do que eles fazem na maior parte do material.

Isso resulta no que os cientistas chamam de estados de borda. Se o material topológico também for um supercondutor, o volume e a borda são ambos supercondutores, mas se comportam de forma diferente. Esta é uma situação surpreendente, muito parecida com duas piscinas de água que se tocam e não se fundem.

Um estudo em Física da Natureza mostra que as correntes de borda supercondutoras no material topológico telureto de molibdênio (MoTe₂) pode sustentar grandes mudanças na “cola” que mantém os elétrons supercondutores pareados. Isso é importante porque o pareamento de elétrons é o que faz a eletricidade fluir livremente em um supercondutor.

Supercondutores topológicos são um possível novo tipo de supercondutores que são previstos pela teoria. Se confirmados, eles permitirão a próxima geração de tecnologias quânticas porque contêm partículas especiais chamadas anyons.

Ao contrário dos elétrons, os anyons lembram sua posição. Isso permite que eles sejam organizados para executar operações de computação quântica de uma forma que os proteja contra erros. Supercondutores topológicos também carregam correntes especiais que fluem em suas bordas, chamadas de “supercorrentes de borda”. Os pesquisadores podem usar essas correntes para criar e controlar anyons. Isso ajudará os pesquisadores a criar tecnologias quânticas e eletrônicos com eficiência energética.

Quando MoTe₂ torna-se supercondutor, a supercorrente (a corrente máxima que pode ser injetada sem destruir a supercondutividade) oscila em um campo magnético. A supercorrente de borda oscila mais rapidamente do que a do bulk, aparecendo como uma modulação característica da resposta do bulk.

Correntes supercondutoras são transportadas por elétrons pareados, e a cola que mantém os pares juntos pode ter forças e simetrias muito diferentes para diferentes materiais.

Para aumentar a cola (potencial de par) em MoTe₂os cientistas depositaram nióbio (Nb) sobre ele, porque Nb tem um potencial de par mais forte. O potencial de par Nb se espalha para MoTe₂ e os elétrons neste último sentem a cola mais forte por um tempo.

Este vazamento fortalece as oscilações da supercorrente, mas também revela incompatibilidade entre o Nb e o MoTe₂ potenciais de pares. Os dois não podem se fundir perfeitamente e a função de onda que guia os elétrons de borda alterna entre o Nb e o MoTe₂ potencial de par, de acordo com o potencial que prevalece.

A escolha feita pelos elétrons de borda é refletida nas oscilações. Estas são ruidosas quando o potencial do par de borda difere daquele do MoTe em massa₂e quase sem ruído quando os dois são iguais.

Este estudo não apenas confirma a existência de supercorrentes de borda, mas mostra que elas podem ser usadas para monitorar o comportamento de elétrons supercondutores em supercondutores topológicos.