Annica Black-Schaffer quiere comprender los superconductores no convencionales. El hecho de que haya recibido recientemente la prestigiosa ERC Starting Grant y haya sido una ex receptora de subvenciones de la Knut and Alice Wallenberg Foundation es un testimonio del interés en su investigación. Una aplicación atractiva son las supercomputadoras del mañana.

Los superconductores son materiales que, a bajas temperaturas, Conducen corrientes sin resistencia y sin liberar calor. El fenómeno fue descubierto en 1911 y ahora tiene aplicaciones como resonancias magnéticas, donde el enfriamiento necesario se realiza con helio.

"Lo que quiero es entender lo poco convencional, superconductores bastante inusuales y sus propiedades y consecuencias, "dice Annica Black-Schaffer, profesor titular y profesor asociado de teoría de materiales en el Departamento de Física y Astronomía.

Un ejemplo son los superconductores topológicos. La topología en física se utiliza para describir cómo cambian las propiedades de un material y entran en diferentes estados bajo diferentes condiciones y temperaturas. descubrimientos que le dieron a David Thouless, Duncan Haldane y Michael Kosterlitz el Premio Nobel de Física 2016.

Diferentes funciones de onda de la mecánica cuántica.

Annica Black-Schaffer explica que en los superconductores topológicos, la función de onda de la mecánica cuántica de los electrones es diferente.

"Son superconductores, pero tienen una condición metálica en el borde o la superficie. Este fenómeno da lugar a fermiones majorana que, en pocas palabras, son medio electrones. Un electrón es realmente una partícula fundamental que no se puede dividir. Pero en estos materiales, los electrones tienen dos partes completamente separadas. ¡Es exactamente como si el electrón estuviera en dos lugares diferentes al mismo tiempo! "

Si los fermiones de majorana también se pueden torcer y hacer que cambien de lugar, entonces Annica Black-Schaffer y sus colegas pueden, en teoría, encontrar la solución para una computadora cuántica duradera. En una computadora cuántica, la información se maneja en qubits, o bits cuánticos. Un qubit puede ser uno y cero al mismo tiempo, que hace cálculos mucho más rápido que las computadoras actuales, pero al mismo tiempo son mucho más sensibles a perturbaciones como vibraciones o cambios de temperatura. Las propiedades de los fermiones de majorana permiten que una computadora cuántica evite esta sensibilidad.

Mapeo de propiedades de materiales

Destaca que su investigación es puramente teórica básica. Sin embargo, ya se están realizando experimentos en varias partes del mundo, algunos de los cuales están patrocinados por una gran empresa de software.

"Lo que estamos haciendo es mapear las propiedades de los materiales y calcular cuándo aparecen los fermiones de majorana y en qué circunstancias".

Con una financiación inicial de ERC de 15 millones de SEK a sus espaldas, Annica Black-Schaffer ahora puede continuar y también estudiar superconductores aún más no convencionales con dependencias de frecuencia extrañas. Electrones que de otra manera se evitan entre sí debido a una carga negativa, forman pares bajo superconductividad.

"Pero algunos materiales tienen una dependencia del tiempo entre ambos electrones, y luego puede surgir una superconductividad de frecuencia impar, "explica Annica Black-Schaffer.

Teóricos y experimentalistas

Hay muchos más materiales de este tipo que ella y su grupo de investigación ahora quieren descubrir y estudiar. Un nuevo material que ya han encontrado es el rutenato de estroncio, que es un superconductor conocido con propiedades muy especiales. Otro objetivo intermedio es comprender con mayor profundidad qué son los superconductores de frecuencia impar, y sus consecuencias experimentales.

"Como teóricos, Es emocionante ver qué hacen los experimentadores con nuestros modelos en la práctica. O al revés:pueden descubrir un fenómeno en el que hundimos los dientes, en un esfuerzo por explicarlo! "