Os supercondutores topológicos são materiais supercondutores com características únicas, incluindo a aparência dos chamados estados de Majorana in-gap. Esses estados vinculados podem servir como qubits, tornando os supercondutores topológicos particularmente promissores para a criação de tecnologias de computação quântica.

Alguns físicos recentemente exploraram o potencial para a criação de sistemas quânticos que integram supercondutores com configurações giratórias de dipolos magnéticos atômicos (spins), conhecidos como cristais quânticos skyrmion . A maioria desses esforços sugeria a colocação de cristais quânticos de skyrmion entre supercondutores para alcançar a supercondutividade topológica.

Kristian Mæland e Asle Sudbø, dois pesquisadores da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, propuseram recentemente um sistema de modelo alternativo de supercondutividade topológica, que não contém materiais supercondutores. Este modelo teórico, introduzido em Physical Review Letters , usaria uma estrutura sanduíche de um metal pesado, um isolador magnético e um metal normal, onde o metal pesado induz um cristal quântico skyrmion no isolador magnético.

"Estamos interessados ??em novos tipos de sistemas de spin quântico de baixa dimensão há muito tempo e estamos analisando a questão de como as flutuações de spin quântico em cristais quânticos de skyrmion podem afetar estados metálicos normais e possivelmente levar a uma supercondutividade de um tipo incomum, " Sudbø disse a Phys.org.

“Trabalhos anteriores que em particular nos inspiraram e nos basearam, é o trabalho experimental de Heinze et al em realizações de cristais quânticos de skyrmion e dois de nossos próprios artigos sobre cristais quânticos de skyrmion”.

Em um artigo publicado em 2011 , Stefan Heinze, da Universidade de Kiel, e seus colegas da Universidade de Hamburgo mostraram que os cristais skyrmion podem ser realizados em sistemas físicos reais. Inspirados pelo trabalho anterior desta equipe de pesquisa, Sudbø e Mæland fizeram uma série de previsões, que servem como base para seu novo sistema de modelo proposto de supercondutividade topológica.

"Nós mesmos não fizemos esses sistemas experimentalmente, mas estamos sugerindo materiais que poderiam ser usados ??para criar tais sistemas e estudar suas propriedades", disse Sudbø. "Estudamos especificamente uma nova maneira de criar supercondutividade topológica, intercalando um metal normal com sistemas de spin muito específicos, onde os spins formam skyrmions em um padrão repetido, um cristal skyrmion. Proposições anteriores para a criação de supercondutividade topológica sugeriam intercalar cristais skyrmion com supercondutores. Nosso abordagem evita a necessidade de um supercondutor no sanduíche."

Embora não tenham realizado experimentalmente seu sistema modelo proposto, Sudbø e Mæland tentaram determinar suas propriedades por meio de uma série de cálculos. Especificamente, eles calcularam uma propriedade do estado supercondutor induzido do sistema, o chamado parâmetro de ordem supercondutora, e descobriram que ele tinha uma topologia não trivial.

“Conseguimos criar um sistema modelo onde podemos produzir supercondutividade topológica em uma heteroestrutura sem ter um supercondutor a priori no sanduíche”, disse Sudbø. “Nosso sistema é uma estrutura sanduíche de um metal normal e um isolante magnético, enquanto propostas anteriores envolviam uma estrutura sanduíche de isoladores magnéticos e outros supercondutores”.

No futuro, novos estudos podem tentar realizar o sistema modelo proposto por esses pesquisadores em um ambiente experimental, examinando ainda mais suas propriedades e potencial para aplicações de computação quântica. Enquanto isso, Sudbø e Mæland planejam explorar teoricamente outras rotas possíveis para alcançar a supercondutividade não convencional.

"Em termos gerais, buscaremos supercondutividade não convencional e rotas para supercondutividade topológica em heteroestruturas envolvendo isoladores magnéticos com estados fundamentais incomuns e não convencionais, bem como novos tipos de excitações de spin fora do estado fundamental", disse Sudbø.