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Primeira pilha de fase quântica

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Pesquisadores do País Basco e da Itália fabricaram uma bateria com um núcleo de arseneto de índio e supercondutores de alumínio em seus pólos que podem ser fundamentais para algumas tecnologias quânticas. Ele gera uma supercorrente que não é induzida por uma tensão, como nas baterias clássicas, mas por uma diferença de fase no circuito quântico.

A pilha clássica, a pilha de Volta, faz parte do nosso dia a dia e é bem conhecida. Ele converte energia química em voltagem, que pode alimentar circuitos eletrônicos em uma infinidade de dispositivos.

No entanto, em muitas tecnologias quânticas, os circuitos ou dispositivos são baseados em materiais supercondutores, onde as correntes podem fluir sem a necessidade de uma tensão aplicada. Portanto, neste tipo de sistema não é necessária uma bateria clássica.

Essas correntes são chamadas de supercorrentes porque não têm perdas de energia. Eles são induzidos, não por uma voltagem, mas por uma diferença de fase da função de onda do circuito quântico, que está diretamente relacionada à natureza de onda da matéria.

De tal forma que um dispositivo quântico capaz de fornecer uma diferença de fase persistente pode ser visto como uma pilha de fase quântica, que induz supercorrentes em um circuito quântico.

Agora uma equipe de cientistas do País Basco e da Itália apresenta na revistaNature Nanotechnology os resultados de uma colaboração teórica e experimental que levou à fabricação da primeira bateria deste tipo. Segundo os autores, constitui um elemento chave para as tecnologias quânticas baseadas na coerência de fase.

A ideia foi concebida pela primeira vez em 2015, por Sebastian Bergeret do grupo de física mesoscópica do Centro de Física de Materiais (CFM, centro misto do CSIC e da Universidade do País Basco UPV / EHU) e Ilya Tokatly, professora Ikerbasque do grupo de Nanospectroscopia da UPV / EHU, ambas parceiras do Donostia International Physics Center (DIPC).

Acoplamento spin-órbita

Juntos, eles propuseram um sistema teórico com as propriedades necessárias para construir a pilha de fases, que combina materiais supercondutores e magnéticos com um efeito relativístico intrínseco, denominado acoplamento spin-órbita.

Alguns anos depois, os pesquisadores Francesco Giazotto e Elia Strambini do Instituto NEST-CNR de Pisa, em colaboração com outros da também italiana Universidade de Salerno, identificaram uma combinação adequada de materiais e fabricaram a primeira célula de fase quântica.

Ele consiste em um nanofio de arseneto de índio que forma o núcleo da bateria e cabos supercondutores de alumínio que atuam como postes. A bateria é carregada pela aplicação de um campo magnético externo, que pode então ser desligado.

Os cientistas Cristina Sanz-Fernández e Claudio Guarcello, também do CFM, adaptaram a teoria para simular os achados experimentais.

Até hoje, a equipe de pesquisa do laboratório de Nanofísica e do Grupo de Física Mesoscópica, ambos do CFM, continua trabalhando nas melhorias que definem o futuro dessa pilha.

Este trabalho contribui para os enormes avanços que estão sendo feitos na tecnologia quântica que devem revolucionar as técnicas de computação e sensoriamento, medicina e telecomunicações em um futuro próximo.

Referência:

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. "Uma bateria de fase Josephson".Nature Nanotechnology, 2020. DOI: 10.1038 / s41565-020-0712-7

Fonte:UPV / EHU


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