Una svolta nella tecnologia quantistica con i superconduttori topologici
Il 15 luglio, la prestigiosa rivista Physical Review Research dell’American Physical Society ha pubblicato un articolo intitolato “Lifshitz transitions and Weyl semimetals from a topological superconductor with supercurrent flow“. Gli autori dell’articolo sono tre fisici del Politecnico: il professore Fabrizio Dolcini, il ricercatore Francesco Buccheri e l’assegnista Fabian Medina Cuy del gruppo di ricerca Nanophysics and Quantum Systems del Dipartimento di Scienza Applicata e Tecnologia-DISAT.
L’articolo si concentra sui superconduttori topologici, materiali di grande interesse per la comunità scientifica poiché potrebbero portare a una rivoluzione nella scienza e tecnologia quantistica. Questi materiali, se scoperti o creati artificialmente, ridurrebbero drasticamente la dissipazione energetica nei nanodispositivi e potrebbero essere utilizzati per codificare informazioni quantistiche in modo sicuro. Nonostante i numerosi studi teorici e i promettenti risultati sperimentali, non esiste ancora una prova definitiva della loro esistenza.
Il gruppo di ricerca del Politecnico propone un nuovo approccio per studiare i superconduttori topologici. La loro idea si basa sul fatto che una corrente elettrica che attraversa un superconduttore topologico è caratterizzata da un parametro, la quantità di moto totale di una coppia di elettroni, che può essere interpretato come derivante da una dimensione spaziale fittizia aggiuntiva. Questo implica che un sottile filo superconduttore unidimensionale attraversato da una corrente può essere considerato come un semimetallo bidimensionale, similmente a un cilindro srotolato su un foglio.
Questo risultato potrebbe facilitare l’indagine e l’osservazione della fisica dei superconduttori topologici attraverso i semimetalli di Weyl, materiali già esistenti con un grande potenziale nell’elettronica e fotonica ultraveloci. Gli autori hanno dimostrato che diversi tipi di semimetalli di Weyl corrispondono a diverse fasi elettroniche di un superconduttore topologico. Inoltre, le particelle di Majorana di un superconduttore topologico, che proteggono le informazioni quantistiche, sono in corrispondenza uno a uno con gli stati elettronici di superficie dei semimetalli di Weyl.
Questo innovativo approccio permette anche di prevedere la massima corrente elettrica che un superconduttore topologico può sostenere mantenendo intatte le quasi-particelle di Majorana, fornendo nuove indicazioni per gli esperimenti.
“La ricerca dei superconduttori topologici e delle loro quasi-particelle di Majorana è una sorta di ‘Sacro Graal’ per la fisica quantistica. Il nostro studio, frutto di un anno di intenso lavoro, mostra ora una stretta connessione tra essi e i semimetalli di Weyl, creando un ponte interdisciplinare tra la fisica quantistica e i materiali topologici, che hanno un enorme potenziale nelle tecnologie quantistiche”, afferma il professor Fabrizio Dolcini.
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