Un dispositivo que puede separar y recombinar pares de electrones puede ofrecer una forma de estudiar una forma inusual de superconductividad, según los físicos de RIKEN. Este estado superconductor involucraría partículas exóticas llamadas fermiones de Majorana que podrían resultar útiles en el desarrollo de computadoras cuánticas.

En superconductores convencionales, la corriente eléctrica fluye sin resistencia debido a que los electrones se unen para formar 'pares de Cooper'. Un superconductor que toca un conductor normal a veces puede inducir superconductividad en ese conductor a través de pares de Cooper del superconductor que penetra en el conductor normal.

Ahora, Sadashige Matsuo del Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente y sus colegas han creado un dispositivo llamado unión Josephson, que puede dividir eficientemente estos pares de Cooper a medida que viajan desde un superconductor en dos conductores normales unidimensionales (Fig. 1). Previamente, La mayoría de las investigaciones sobre la división de pares de Cooper se han realizado utilizando "puntos cuánticos" de dimensión cero conectados por superconductores.

El dispositivo tenía dos electrodos de aluminio, que se vuelven superconductores cuando se enfrían a solo 1/20 de grado por encima del cero absoluto. Los electrodos están puenteados por dos nanocables semiconductores. El equipo pudo lograr una división eficiente de los pares de Cooper cuando los electrones viajaron en los nanocables sin ser dispersados ​​por objetos como puntos cuánticos. Esto contrasta con estudios anteriores.

A medida que los pares de Cooper viajan entre los electrodos superconductores, pueden pegarse y viajar a lo largo de un solo conductor de nanocables, un efecto conocido como tunelización de par local, o pueden dividirse para que cada electrón viaje a través de un nanoalambre diferente. A pesar de su separación física, los dos electrones están conectados mediante un efecto llamado entrelazamiento cuántico.

Al ajustar el voltaje que controlaba el flujo de electrones, el equipo se aseguró de que más de la mitad de los pares de Cooper se dividieran mientras viajaban a través de los nanocables, lo que demuestra que el dispositivo podría suprimir el efecto túnel del par local (debido a las interacciones electrón-electrón en los nanocables). Al llegar al otro lado los electrones se recombinaron en pares de Cooper. Los investigadores también encontraron que la aplicación de un campo magnético frenaba la división del par de Cooper más que el túnel del par local.

Estos resultados indican que el dispositivo podría usarse para generar lo que se conoce como un estado superconductor topológico, en el que la superposición de un electrón y un agujero genera fermiones de Majorana, un tipo peculiar de partícula que es equivalente a su propia antipartícula. Los fermiones de Majorana son de interés porque podrían usarse como 'bits' cuánticos que transportan información en ciertos tipos de computadoras cuánticas, que prometen tener una potencia de procesamiento mucho mayor que la que permiten las tecnologías convencionales.

"Nuestro siguiente paso es buscar huellas dactilares de los fermiones de Majorana en las uniones superconductoras de un doble nanoalambre, "Dice Matsuo.