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Erster Quantenphasenstapel

Erster Quantenphasenstapel

Forscher im Baskenland und in Italien haben eine Batterie mit einem Indiumarsenidkern und Aluminium-Supraleitern an ihren Polen hergestellt, die für einige Quantentechnologien von entscheidender Bedeutung sein könnten. Es wird ein Superstrom erzeugt, der nicht wie bei klassischen Batterien durch eine Spannung induziert wird, sondern durch eine Phasendifferenz im Quantenkreis.

Der klassische Stapel, der Volta-Stapel, ist Teil unseres täglichen Lebens und bekannt. Es wandelt chemische Energie in eine Spannung um, die dann elektronische Schaltkreise in einer Vielzahl von Geräten versorgen kann.

In vielen Quantentechnologien basieren Schaltungen oder Bauelemente jedoch auf supraleitenden Materialien, bei denen Ströme fließen können, ohne dass eine angelegte Spannung erforderlich ist. Daher wird bei diesem Systemtyp keine klassische Batterie benötigt.

Diese Ströme werden als Superströme bezeichnet, da sie keine Energieverluste aufweisen. Sie werden nicht durch eine Spannung induziert, sondern durch eine Phasendifferenz der Wellenfunktion der Quantenschaltung, die in direktem Zusammenhang mit der Wellennatur der Materie steht.

Auf diese Weise kann eine Quantenvorrichtung, die eine dauerhafte Phasendifferenz bereitstellen kann, als ein Quantenphasenstapel angesehen werden, der Superströme in einer Quantenschaltung induziert.

Jetzt präsentiert ein Team von Wissenschaftlern aus dem Baskenland und Italien in der ZeitschriftNatur Nanotechnologie die Ergebnisse einer theoretischen und experimentellen Zusammenarbeit, die zur Herstellung der ersten Batterie dieses Typs geführt hat. Laut den Autoren ist es ein Schlüsselelement für Quantentechnologien, die auf Phasenkohärenz basieren.

Die Idee wurde 2015 zum ersten Mal von Sebastian Bergeret von der Gruppe für mesoskopische Physik des Materials Physics Center (CFM, gemischtes Zentrum des CSIC und der Universität des Baskenlandes UPV / EHU) und Ilya Tokatly, Ikerbasque-Professor der Gruppe von, entwickelt Nanospektroskopie des UPV / EHU, beide Partner des Donostia International Physics Center (DIPC).

Spin-Orbit-Kopplung

Gemeinsam schlugen sie ein theoretisches System mit den für den Aufbau des Phasenstapels erforderlichen Eigenschaften vor, das supraleitende und magnetische Materialien mit einem intrinsischen relativistischen Effekt kombiniert, der als Spin-Bahn-Kopplung bezeichnet wird.

Einige Jahre später identifizierten die Forscher Francesco Giazotto und Elia Strambini vom NEST-CNR-Institut in Pisa in Zusammenarbeit mit anderen Mitarbeitern der ebenfalls italienischen Universität Salerno eine geeignete Materialkombination und stellten die erste Quantenphasenzelle her.

Es besteht aus einem Indiumarsenid-Nanodraht, der den Kern der Batterie bildet, und supraleitenden Aluminiumkabeln, die als Pole fungieren. Der Akku wird durch Anlegen eines externen Magnetfelds aufgeladen, das dann ausgeschaltet werden kann.

Die Wissenschaftler Cristina Sanz-Fernández und Claudio Guarcello, ebenfalls von CFM, haben die Theorie angepasst, um die experimentellen Ergebnisse zu simulieren.

Bis heute arbeiten die Forschungsmitarbeiter des Nanophysics-Labors und der Mesoscopic Physics Group, beide vom CFM, an den Verbesserungen, die die Zukunft dieses Stapels bestimmen.

Diese Arbeit trägt zu den enormen Fortschritten in der Quantentechnologie bei, die in naher Zukunft sowohl die Computer- als auch die Sensortechnik, die Medizin und die Telekommunikation revolutionieren sollen.

Referenz:

Elia Strambini, Andrea Iorio, Ofelia Durante, Roberta Citro, Cristina Sanz-Fernández, Claudio Guarcello, Ilja V. Tokatly, Alessandro Braggio, Mirko Rocci, Nadia Ligato, Valentina Zannier, Lucia Sorba, F. Sebastian Bergeret und Francesco Giazotto. "Eine Josephson-Phasenbatterie".Natur Nanotechnologie, 2020. DOI: 10.1038 / s41565-020-0712-7

Quelle:UPV / EHU


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