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Uma colaboração de pesquisadores FLEET da Universidade de Wollongong e da Universidade Monash revisou o efeito do diodo supercondutor, um dos fenômenos mais fascinantes descobertos recentemente na física quântica da matéria condensada.
Um diodo supercondutor permite que a supercorrente sem dissipação flua em apenas uma direção e fornece novas funcionalidades para circuitos supercondutores.
Este elemento de circuito não dissipativo é a chave para futuros dispositivos quânticos híbridos supercondutores e semicondutores-supercondutores de energia ultrabaixa, com potencial para tecnologias quânticas na computação clássica e quântica.
SUPERCONDUTORES E EFEITOS DE DIODO
Um supercondutor é caracterizado por resistividade zero e comportamento diamagnético perfeito, o que leva a transporte sem dissipação e levitação magnética.
Os supercondutores ‘convencionais’ e o fenômeno subjacente da supercondutividade de baixa temperatura são bem explicados pela teoria microscópica de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS) proposta em 1957.
A previsão da fase supercondutora ferromagnética de Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov em 1964-65 e a descoberta da supercondutividade de ‘alta temperatura’ em estruturas antiferromagnéticas em 1986-87 prepararam o terreno para o campo da supercondutividade não convencional em que a ordem supercondutora pode ser estabilizado em materiais funcionais, como supercondutores magnéticos, supercondutores ferroelétricos e supercondutores topológicos helicoidais ou quirais.
Ao contrário dos semicondutores convencionais e dos condutores normais, os elétrons nos supercondutores constituem pares, conhecidos como pares de Cooper, e o fluxo dos pares de Cooper é chamado de supercorrente.
Recentemente, pesquisadores observaram transporte não recíproco de supercorrente levando a efeitos de diodo em vários materiais supercondutores com diferentes estruturas e designs geométricos, incluindo monocristais, filmes finos, heteroestruturas, nanofios e junções Josephson.
O ESTUDO
A equipe de pesquisa do FLEET revisou o progresso teórico e experimental no efeito do diodo supercondutor (SDE) e forneceu uma análise prospectiva de aspectos futuros. Este estudo lança luz sobre vários materiais que hospedam SDE, estruturas de dispositivos, modelos teóricos e requisitos de simetria para diferentes mecanismos físicos que levam ao SDE.
“Ao contrário do diodo semicondutor convencional, a eficiência do SDE é amplamente ajustável por meio de estímulos extrínsecos, como temperatura, campo magnético, disparo, design de dispositivo e funcionalidades intrínsecas da mecânica quântica, como fase Berry, topologia de banda e interação spin-órbita”, explica o Dr. Muhammad Nadeem (Universidade de Wollongong), pesquisador da FLEET.
A direção da supercorrente pode ser controlada por um campo magnético ou por um campo elétrico de porta. “As funcionalidades do diodo sintonizável por porta nas estruturas supercondutoras de efeito de campo podem permitir novas aplicações de dispositivos para tecnologias híbridas supercondutoras e semicondutoras-supercondutoras”, diz o co-autor Prof Michael Fuhrer (Monash University), que é Diretor da FLEET.
SDE foi observado em uma ampla gama de estruturas supercondutoras, feitas de supercondutores convencionais, supercondutores ferroelétricos, grafeno torcido de poucas camadas, heteroestruturas de van der Waals e supercondutores topológicos helicoidais ou quirais. Reflete o enorme potencial e a ampla usabilidade dos diodos supercondutores, o que diversifica acentuadamente o cenário das tecnologias quânticas, diz o Prof Xiaolin Wang (Universidade de Wollongong), que é investigador-chefe da FLEET.
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