Gli scienziati dell’Università Tecnica di Delft, nei Paesi Bassi, hanno scoperto la superconduttività unidirezionale senza campi magnetici, un fenomeno considerato impossibile dalla scoperta dei superconduttori nel 1911. La scoperta, e il relativo studio, è stata pubblicata questa settimana sulla rivista scientifica Nature.
Questa tecnologia apre la strada allo sviluppo di supercomputer basati su superconduttori, con velocità centinaia di volte superiori a quanto è possibile oggi utilizzando i semiconduttori e senza dispersioni di energia. I superconduttori sono materiali attraverso i quali scorre la corrente elettrica senza alcuna resistenza, rendendo praticamente impossibile bloccarla o controllarne la direzione.
Il professor Mazhar Ali e il suo gruppo di ricerca hanno sviluppato un materiale quantistico in due dimensioni (2D) che consente all’elettricità di fluire in una sola direzione dal superconduttore. In questo modo, i circuiti ad alta velocità e a bassa potenza basati sulla fisica della superconduttività avrebbero il potenziale per portare la tecnologia del supercalcolo a un nuovo livello. “Se il 20° secolo fosse il secolo dei semiconduttori, il 21° secolo potrebbe essere il secolo dei superconduttori“, ha affermato Ali in un comunicato stampa dell’Università tecnica di Delft.
Sfidando le leggi della fisica
Le caratteristiche che rendono così utile questa forma di corrente elettrica a perdita di energia creano anche una serie di sfide. Normalmente, quando una corrente elettrica scorre lungo un filo, gli elettroni affrontano una resistenza dovuta all’attrito con gli atomi che compongono il filo. Parte dell’energia elettrica viene persa, spesso sotto forma di calore: questo è uno dei motivi per cui i dispositivi elettronici possono surriscaldarsi. È anche una perdita di efficienza.
Con i superconduttori, la corrente scorre attraverso il filo senza alcuna resistenza, il che significa inibire quella corrente o addirittura bloccarla è quasi impossibile, per non parlare di far fluire la corrente, o gli elettroni, solo in una direzione e non nell’altra, come dimostrano sempre quello che viene chiamato comportamento “reciproco”. “Negli anni ’70, gli scienziati IBM hanno testato l’idea dell’informatica superconduttiva, ma hanno dovuto interrompere i loro sforzi. Nel loro lavoro sull’argomento, IBM afferma che, senza superconduttività non reciproca, un computer che gira su superconduttori è impossibile“, spiegano i ricercatori.
Maglia 2D a base di niobio metallico
Oggi, senza utilizzare i campi magnetici, il team di ricercatori ha dimostrato che l’elettricità può fluire attraverso i superconduttori in una sola direzione nelle giuste condizioni, utilizzando una rete 2D a base di niobio metallico, con la quale potrebbero fare a meno del campo magnetico e fare affidamento esclusivamente su proprietà quantistiche del materiale. “Siamo riusciti a rimuovere solo pochi strati atomici di questo [materiale] Nb3Br8 e creare un sandwich molto, molto sottile, spesso alcuni strati atomici, che era necessario per realizzare il diodo Josephson, cosa che non era possibile con i normali materiali 3D“, spiega Alì. Il materiale in questione è stato sviluppato dal professor Tyrel McQueen, della Johns Hopkins University, negli Stati Uniti.
Un vantaggio di questa tecnica è che si basa su “superconduttori ad alta temperatura”, che utilizzano azoto liquido per essere raffreddati e sono presenti nelle apparecchiature esistenti. “Molte tecnologie si basano su versioni precedenti dei superconduttori JJ [Josephson Junctions], ad esempio la tecnologia della risonanza magnetica. Anche l’informatica quantistica di oggi si basa su Josephson Junctions“, spiega ancora il fisico. “Le tecnologie che in precedenza erano possibili solo utilizzando semiconduttori ora possono essere potenzialmente realizzate con superconduttori utilizzando questo elemento costitutivo. Ciò include computer più veloci, come quelli con velocità fino a terahertz, da 300 a 400 volte più veloci dei computer che utilizziamo ora”. influenzerà tutti i tipi di applicazioni sociali e tecnologiche“.
