Un grupo de nanofotónica dirigido por el profesor Brahim Lounis de la Universidad de Burdeos, incluidos científicos del MIPT, ha realizado un experimento único que implica la manipulación óptica de vórtices de Abrikosov individuales en un superconductor. En su artículo publicado en Comunicaciones de la naturaleza , los científicos mencionan la posibilidad de diseñar nuevas unidades lógicas basadas en principios cuánticos para su uso en supercomputadoras.

El fenómeno de la superconductividad, o cero resistencia eléctrica, ocurre en ciertos materiales en el rango de temperatura de -273 a -70 grados Celsius. Cuando un material pasa al estado superconductor, los campos de flujo magnético son expulsados ​​de su volumen. Un superconductor tiene todas las líneas de campo magnético expulsadas de su interior o permite la penetración parcial del campo magnético.

El fenómeno de la penetración parcial fue explicado en 1957 por Alexei Abrikosov, por lo que fue galardonado con el Premio Nobel de Física 2003. Un material que no exhibe una expulsión completa del campo magnético se denomina superconductor de tipo II. Abrikosov también demostró que estos superconductores solo pueden ser penetrados por unidades de flujo magnético discretas, un cuanto de flujo magnético a la vez. A medida que el campo dentro de un superconductor se vuelve más fuerte, da lugar a los bucles de corriente cilíndricos conocidos como vórtices de Abrikosov.

"Los superconductores de tipo II se utilizan en todas partes, desde la medicina hasta la energética y otras industrias. Sus propiedades están determinadas por la 'materia de vórtice, 'lo que hace que la investigación de los vórtices y la búsqueda de formas de manipularlos sean muy importantes para la física moderna, "dice Ivan Veshchunov, uno de los autores del estudio e investigador del Laboratorio de Fenómenos Topológicos Cuánticos en Sistemas Superconductores del MIPT.

Para manipular los vórtices de Abrikosov, los científicos utilizaron un rayo láser enfocado. Este tipo de control de vórtices ópticos es posible gracias a la tendencia de los vórtices a ser atraídos hacia las regiones de mayor temperatura en un superconductor (en este caso, una película de niobio enfriada a -268 grados Celsius). Los puntos calientes necesarios se pueden crear calentando el material con un láser. Sin embargo, es fundamental establecer la potencia láser adecuada, ya que el sobrecalentamiento del material destruye sus propiedades superconductoras.

Debido a que los vórtices actúan como cuantos de flujo magnético, se pueden utilizar para dar forma al perfil de flujo magnético general, permitiendo a los físicos realizar varios experimentos con superconductores. Mientras que una red de vórtice triangular ocurre naturalmente en ciertos campos magnéticos, Se pueden crear otros tipos de celosías (y dispositivos como lentes de vórtice) moviendo vórtices.

El método de manipulación de vórtices en el estudio podría usarse en computación cuántica para el desarrollo de sistemas ópticamente controlados, Elementos lógicos cuánticos rápidos de flujo único (RSFQ). Esta tecnología se considera prometedora para el diseño de memoria ultrarrápida para computadoras cuánticas. Los elementos lógicos basados ​​en RSFQ ya se utilizan en convertidores de digital a analógico y de analógico a digital, magnetómetros de alta precisión, y células de memoria. Se han desarrollado varios prototipos de computadoras basados ​​en esta tecnología, incluido el FLUX-1 diseñado por un equipo de ingenieros estadounidenses. Sin embargo, los elementos lógicos RSFQ en estas computadoras están controlados principalmente por impulsos eléctricos. La lógica controlada ópticamente es una tendencia emergente en los sistemas superconductores.

Los experimentos realizados por los científicos podrían aplicarse en futuras investigaciones sobre los vórtices de Abrikosov. Los físicos aún tienen que investigar los detalles de cómo el aumento de la temperatura actúa para "desanclar" los vórtices de sus sitios y ponerlos en movimiento. Es probable que se sigan más investigaciones sobre la dinámica de los vórtices en las celosías de Abrikosov. Esta línea de investigación es fundamental para comprender la física de los superconductores, así como evaluar las perspectivas de tipos fundamentalmente nuevos de componentes microelectrónicos.