Un descubrimiento experimental de un fenómeno físico fundamental no es algo que suceda a menudo. Sin embargo, esto es lo que los investigadores de Skoltech y sus colegas europeos lograron hacer recientemente:en su artículo en Nature , informan de la demostración experimental del llamado efecto de deslizamiento de fase cuántico coherente de CA. Es una promesa comparable a la del efecto Josephson, que subyace en el estándar actual de voltaje y sensores de campo magnético ultrasensibles.

El efecto de deslizamiento de fase cuántico coherente de CA se manifiesta como un patrón de pasos en la corriente eléctrica que fluye a través de nanocables superconductores expuestos a microondas. El nanocable sirve como una barrera de túnel para los cuantos de flujo magnético, de manera similar a cómo una capa delgada de aislante entre dos superconductores, conocida como unión Josephson, sirve como una barrera de túnel para las cargas eléctricas. (Predicho en 1962 por el científico británico Brian Josephson y nombrado en su honor, el cruce de Josephson le valió el Premio Nobel de física de 1973).

Desde la perspectiva de la física clásica, una unión de Josephson no es diferente de una ruptura de circuito. Sin embargo, debido al efecto túnel de la mecánica cuántica, la corriente puede fluir sin resistencia. Del mismo modo, aunque la física clásica no permite que el flujo magnético "salte" la barrera de nanocables, puede atravesarla gracias a las leyes de la física cuántica.

El efecto de deslizamiento de fase cuántico coherente de CA podría tener tanto potencial como el efecto Josephson. Estos últimos llegaron a ser la base de los sensores de campo magnético ultrasensibles, utilizados, entre otras cosas, para detectar los campos magnéticos muy débiles generados en el cerebro. Otra aplicación de las uniones de Josephson tiene que ver con el hecho de que, bajo exposición a microondas, la corriente que fluye a través de la unión puede exhibir "pasos" de voltaje en lugar de cambiar de manera uniforme.

Estos llamados pasos de Shapiro son la base de la metrología cuántica:el estándar actual de 1 voltio se basa en dispositivos con uniones Josephson en lugar de un acumulador químico de referencia alojado en una oficina de pesos y medidas. De manera similar, el efecto de deslizamiento de fase cuántico coherente de CA podría ser la base para un estándar cuántico de 1 amperio. "Esto permite una precisión sin precedentes, porque con ambos efectos, el tamaño del paso está determinado por las leyes fundamentales de la naturaleza. Dada la superconductividad, no depende de las condiciones externas o los materiales utilizados de ninguna manera", dijo el investigador principal del estudio, el profesor Oleg. Astafiev de Skoltech, comentó.

En su estudio en Nature , el grupo de investigación de Skoltech dirigido por Astafiev, quien también dirige el Laboratorio de Sistemas Cuánticos Artificiales en MIPT, informa observaciones del efecto de deslizamiento de fase cuántica coherente de CA, uno de los pocos efectos físicos fundamentales restantes de la superconductividad que se predijeron teóricamente pero no experimentalmente. comprendió. Se manifiesta como pasos inversos o duales de Shapiro en nanocables superconductores, cuyas gráficas de corriente-voltaje muestran pasos de corriente a medida que varía el voltaje. Esto es análogo a los pasos de voltaje en el conocido efecto Shapiro en las uniones de Josephson.

Predichos ya en los años 90 por los físicos soviéticos Konstantin Likharev, Alexander Zorin y Dmitri Averin de la Universidad Estatal Lomonosov de Moscú, estos pasos actuales han eludido hasta ahora la observación experimental. En el estudio reciente, el grupo de investigación internacional encabezado por Astafiev empleó un enfoque novedoso. Crucial para el éxito del experimento fue el material de nanocable que eligieron (películas delgadas de nitruro de niobio), así como un diseño de circuito bastante peculiar:los investigadores depositaron componentes inductivos del tamaño de una micra, también hechos de nitruro de niobio, junto al nanocable.

La observación de los pasos inversos de Shapiro hace más que confirmar la existencia de este fenómeno físico fundamental. El experimento también sienta las bases para crear nuevos dispositivos útiles para la investigación fundamental, el desarrollo de estándares metrológicos y otras aplicaciones tecnológicas. + Explora más

Investigadores miden una firma de interferencia superconductora a escala atómica