Cuando se aplica un campo magnético paralelo a un nanotubo quiral superconductor, las señales eléctricas viajan en una sola dirección. (Izquierda) Ilustración y patrón de difracción de electrones (derecha) de un solo nanotubo de disulfuro de tungsteno. Crédito:Qin et al. Comunicaciones de la naturaleza
(Phys.org) —Los científicos han descubierto que una corriente superconductora fluye en una sola dirección a través de un nanotubo quiral, marcando la primera observación de los efectos de la quiralidad sobre la superconductividad. Hasta ahora, la superconductividad solo se ha demostrado en materiales aquirales, en el que la corriente fluye en ambas direcciones por igual.
El equipo de investigadores, F. Qin et al ., de Japon, los Estados Unidos, e Israel, han publicado un artículo sobre la primera observación de superconductividad quiral en un número reciente de Comunicaciones de la naturaleza .
La superconductividad quiral combina dos conceptos típicamente no relacionados en un solo material:los materiales quirales tienen imágenes especulares que no son idénticas, similar a cómo las manos izquierda y derecha no son idénticas porque no pueden superponerse una encima de la otra. Y los materiales superconductores pueden conducir una corriente eléctrica sin resistencia a temperaturas muy bajas.
La observación de la superconductividad quiral ha sido un desafío experimental debido a los requisitos del material. Aunque los nanotubos de carbono son superconductores, quiral y comúnmente disponible, Hasta ahora, los investigadores solo han demostrado con éxito el transporte de electrones superconductores en conjuntos de nanotubos y no en nanotubos individuales. que se requieren para este propósito.
"El significado más importante de nuestro trabajo es que la superconductividad se realiza en un nanotubo individual por primera vez, ", dijo el coautor Toshiya Ideue de la Universidad de Tokio Phys.org . "Nos permite buscar propiedades superconductoras exóticas que se originan en la estructura característica (tubular o quiral)".
El logro solo es posible con un nuevo material superconductor bidimensional llamado disulfuro de tungsteno, un tipo de dicalcogenuro de metal de transición, que es una nueva clase de materiales que tienen aplicaciones potenciales en electrónica, fotónica, y otras áreas. Los nanotubos de disulfuro de tungsteno son superconductores a bajas temperaturas utilizando un método llamado "gating" líquido iónico y también tienen una estructura quiral. Además, es posible ejecutar una corriente superconductora a través de un nanotubo de disulfuro de tungsteno individual.
Cuando los investigadores pasaron una corriente a través de uno de estos nanotubos y enfriaron el dispositivo a 5,8 K, la corriente se convirtió en superconductora, en este caso, lo que significa que su resistencia normal se redujo a la mitad. Cuando los investigadores aplicaron un campo magnético paralelo al nanotubo, observaron pequeñas señales antisimétricas que viajan en una sola dirección. Estas señales son insignificantes en materiales superconductores no quirales, y los investigadores explican que la estructura quiral es responsable de mejorar fuertemente estas señales.
"El transporte eléctrico asimétrico se realiza solo cuando se aplica un campo magnético paralelo al eje del tubo, "Dijo Ideue." Si no hay campo magnético, la corriente debe fluir simétricamente. Observamos que la corriente eléctrica debe ser asimétrica (si el campo magnético se aplica paralelo al eje del tubo) incluso en el estado normal (región no superconductora), pero todavía no pudimos ver ninguna señal discernible en el estado normal, curiosamente, muestra una gran mejora en la región superconductora ".
En la actualidad, los investigadores no están exactamente seguros de qué causa el transporte eléctrico asimétrico en los nanotubos superconductores quirales. Planean investigar más a fondo estos mecanismos en el futuro, lo que revelaría nuevos conocimientos sobre la relación entre superconductividad y quiralidad.
"Nuestro próximo plan es comprender el mecanismo microscópico de los fenómenos observados, "Dijo Ideue." Además, intentaremos verificar la universalidad del transporte superconductor no recíproco y su mejora en la región superconductora ".
Aunque puede que sea demasiado pronto para saber qué tipo de aplicaciones puede tener la superconductividad quiral, los investigadores explican que el efecto unidireccional comparte similitudes con las tecnologías existentes.
"Una cosa que podemos decir es que el transporte eléctrico no recíproco puede entenderse como un 'efecto de rectificación' o una 'funcionalidad similar a un diodo' (si es grande), por lo que podría usarse para realizar un 'diodo superconductor' que podría tener potencial aplicaciones para circuitos superconductores, "Dijo Ideue.
© 2017 Phys.org
