Trepte atomice ghidează vortexurile superconductoare în materiale ultrafine
Cercetătorii de la Centrul de Cercetare pentru Nanoarhitectură a Materialelor (MANA), parte a Institutului Național de Știința Materialelor din Japonia (NIMS), au descoperit că treptele de la suprafața unui superconductor ultrafin pot acționa ca niște șine eficiente pentru ghidarea vortexurilor superconductoare. La câmpuri magnetice intermediare, vortexurile s-au deplasat de peste 1.000 de ori mai ușor de-a lungul treptelor decât perpendicular pe acestea, iar efectul de ghidare a putut fi ajustat prin modificarea temperaturii și a câmpului magnetic.
Vortexurile superconductoare sunt obiecte cuantice minuscule a căror mișcare influențează în mod semnificativ comportamentul superconductorilor. Controlul direcției lor de deplasare este considerat important pentru dezvoltarea tehnologiilor superconductoare cu consum ultra-redus de energie. Totuși, controlul direcțional al vortexurilor în superconductorii bidimensionali a rămas o provocare dificilă până în prezent.
Pentru a aborda această problemă, echipa de cercetare condusă de Takashi Uchihashi de la MANA a investigat un superconductor ultrafin cu trepte atomice aranjate regulat pe suprafața sa. Microscopia cu efect de tunel a confirmat prezența treptelor paralele și a vizualizat direct vortexurile localizate de-a lungul acestora. Rezultatele au fost publicate în revista Physical Review B pe 30 iulie 2026.
Măsurătorile de rezistență în configurație cu patru terminale au arătat că, la câmpuri magnetice intermediare, vortexurile s-au deplasat de peste 1.000 de ori mai ușor de-a lungul treptelor atomice decât transversal pe ele.
„Studiul nostru arată că treptele la scară atomică pot acționa ca șine eficiente care ghidează vortexurile superconductoare, iar acest efect de ghidare poate fi ajustat simplu prin schimbarea temperaturii sau a câmpului magnetic”, a declarat Uchihashi.
În intervalul aproximativ 0,10–0,20 T, vortexurile au circulat liber de-a lungul treptelor fără a fi blocate de fenomenele de ancorare, formând un flux unidimensional de vortexuri lipsit de pinning. La cele mai scăzute temperaturi, mișcarea lor a fost guvernată de efectul de tunelare cuantică.
În ansamblu, descoperirile demonstrează că treptele de suprafață înalte de un singur atom pot funcționa ca șine eficiente pentru ghidarea vortexurilor cuantice, deschizând posibilități pentru controlul mișcării vortexurilor și al fluxului de căldură în viitoarele tehnologii superconductoare.
