Os vórtices distribuídos aleatoriamente na amostra
supercondutora (esquerda) foram reposicionados em um padrão formando as letras “AV”,
que significa ‘Abrikosov vórtices’ (à direita). Crédito: Instituto de Física e
Tecnologia de Moscou (MIPT)
Um grupo de nanofotônica liderado pelo Prof. Brahim
Lounis da Universidade de Bordeaux,
incluindo cientistas do MIPT, realizou uma experiência única envolvendo a
manipulação óptica de vórtices individuais de Abrikosov em um supercondutor. No
artigo publicado na Nature
Communications, os cientistas mencionam a possibilidade de projetar novas
unidades lógicas baseadas em princípios quânticos para uso em
supercomputadores.
Quando um material transita para o estado supercondutor,
os campos de fluxo magnético são expulsos do seu volume. Um supercondutor tem
todas as linhas de campo magnético ejetadas do seu interior ou permite a
penetração parcial do campo magnético. O fenômeno da penetração parcial foi
explicado em 1957 por Alexei
Abrikosov, pelo qual recebeu o Prêmio Nobel de Física em 2003. Um material
que não exibe uma expulsão completa do campo magnético é referido como um
supercondutor tipo II. Abrikosov também demonstrou que esses supercondutores só
podem ser penetrados por unidades de fluxo magnético discreto, um quantum de
fluxo magnético de cada vez. Como o campo dentro de um supercondutor cresce
mais forte, dá origem aos loops de corrente cilíndrica conhecidos como vórtices
Abrikosov.
“Os supercondutores dtipo II são usados em várias
aplicações, desde a medicina até a energia e outras indústrias, e suas
propriedades são determinadas pela ‘matéria de vórtice’, o que torna a pesquisa
de vórtices e encontrar maneiras de manipulá-los muito importantes para a
física moderna”, diz Ivan
Veshchunov, um dos autores do estudo e pesquisador do Laboratório de Fenômenos Quânticos
Topológicos em Sistemas Supercondutores do MIPT.
Para manipular os vórtices de Abrikosov, os cientistas
usaram um feixe de laser focalizado. Este tipo de controle óptico de vórtice é possível
pela tendência dos vórtices serem atraídos para as regiões de temperatura mais
elevada num supercondutor (neste caso, um filme de nióbio resfriado a -268ºC).
Os hotspots (‘pontos quentes’) necessários
podem ser criados pelo aquecimento do material com um laser. No entanto, é
crucial definir a potência correta do laser, uma vez que o aquecimento do
material destrói suas propriedades supercondutoras.
Como os vórtices atuam como quanta de fluxo magnético,
eles podem ser usados para moldar o perfil de fluxo magnético geral,
permitindo que os físicos realizem várias experiências com supercondutores.
Enquanto uma rede de vórtices triangular ocorre naturalmente em certos campos
magnéticos, outros tipos de redes (e dispositivos como lentes de vórtice) podem
ser criados movendo vórtices ao redor.
O método de manipulação de vórtices no estudo pode ser
usado na computação quântica para o desenvolvimento de elementos lógicos
quânticos de fluxo único (RSFQ), controlados opticamente. Esta tecnologia é
vista como promissora para o projeto de memória super-rápida para computadores
quânticos. Os elementos lógicos baseados em RSFQ já são usados em conversores
digital-analógico e analógico-digital, magnetômetros de alta precisão e células
de memória. Vários protótipos de computadores baseados nessa tecnologia foram
desenvolvidos, incluindo o FLUX-1 projetado por uma equipe de engenheiros dos
EUA. No entanto, os elementos lógicos RSFQ nestes computadores são em grande
parte controlados por impulsos elétricos. A lógica controlada opticamente é uma
tendência emergente nos sistemas supercondutores.
As experiências realizadas pelos cientistas poderiam ser
aplicadas em pesquisas futuras sobre os vórtices de Abrikosov. Os físicos ainda
têm de investigar os detalhes de como o aumento da temperatura age para ‘soltar’
os vórtices de seus locais e colocá-los em movimento. Mais pesquisas sobre a
dinâmica de vórtices em estruturas de Abrikosov provavelmente seguirão. Esta
linha de pesquisa é fundamental para a compreensão da física dos
supercondutores, bem como para avaliar as perspectivas de novos tipos de
componentes de microeletrônica.
