Os supercondutores topológicos apresentam propriedades únicas, como a presença de estados de Majorana in-gap, que lhes conferem um potencial significativo na criação de tecnologias para computação quântica. Esses estados vinculados, que podem atuar como qubits, têm despertado grande interesse da comunidade científica, uma vez que a utilização de supercondutores topológicos pode levar a avanços importantes no campo da computação quântica.
Nos últimos tempos, alguns físicos têm investigado a viabilidade da construção de sistemas quânticos que combinam supercondutores com configurações giratórias de dipolos magnéticos atômicos (spins) em forma de cristais quânticos skyrmion. Diversos estudos sugerem que, para alcançar a supercondutividade topológica, os cristais quânticos skyrmion devem ser posicionados entre camadas de supercondutores.
Dois pesquisadores da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, Kristian Mæland e Asle Sudbø, apresentaram recentemente uma proposta de modelo alternativo de supercondutividade topológica que não envolve o uso de materiais supercondutores.
O modelo teórico, publicado na Physical Review Letters, sugere a utilização de uma estrutura sanduíche composta por um metal pesado, um isolante magnético e um metal normal, onde o metal pesado é capaz de induzir a formação de um cristal quântico skyrmion no isolante magnético.
Kristian Mæland e Asle Sudbø, pesquisadores da Universidade Norueguesa de Ciência e Tecnologia, têm se dedicado há bastante tempo à investigação de novos tipos de sistemas de spin quântico de baixa dimensão.
"Em entrevista ao site Phys.org, Sudbø explicou que a equipe tem se concentrado em estudar como as flutuações de spin quântico em cristais quânticos skyrmion podem afetar estados metálicos normais e, potencialmente, levar à ocorrência de um tipo incomum de supercondutividade.
O trabalho dos pesquisadores Heinze et al, que investigou a formação de cristais quânticos skyrmion, assim como dois artigos anteriores produzidos pela própria equipe de Kristian Mæland e Asle Sudbø, têm sido fonte de inspiração e referência para o desenvolvimento de suas pesquisas na área.
Em 2011, Stefan Heinze, da Universidade de Kiel, e seus colegas da Universidade de Hamburgo publicaram um artigo que demonstrou a possibilidade de realização de cristais skyrmion em sistemas físicos reais. A partir desse trabalho pioneiro, Kristian Mæland e Asle Sudbø fizeram diversas previsões que serviram como base para o desenvolvimento de seu novo sistema de modelo de supercondutividade topológica proposto.
Segundo Sudbø, embora não tenham realizado experimentalmente esses sistemas, eles sugerem materiais que poderiam ser utilizados para criar tais sistemas e estudar suas propriedades. A abordagem proposta pelos pesquisadores é a intercalação de um metal normal com sistemas de spin específicos, onde os spins formam cristais skyrmion em um padrão repetido, resultando na supercondutividade topológica.
Essa abordagem difere das proposições anteriores que sugeriam a intercalação de cristais skyrmion com supercondutores para atingir a supercondutividade topológica. Com a nova abordagem, não é necessário incluir um supercondutor no sanduíche, o que representa uma inovação significativa nessa área de pesquisa.
Apesar de não terem realizado experimentalmente o seu sistema modelo proposto, Sudbø e Mæland tentaram determinar as suas propriedades por meio de uma série de cálculos. Especificamente, eles calcularam uma propriedade do estado supercondutor induzido do sistema, denominada parâmetro de ordem supercondutora, e descobriram que ela apresentava uma topologia não trivial.
Segundo Sudbø, “Conseguimos criar um sistema modelo onde podemos produzir supercondutividade topológica em uma heteroestrutura sem ter um supercondutor a priori no sanduíche. 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”.
Em um futuro próximo, estudos experimentais poderão ser realizados para examinar as propriedades e potencial do sistema modelo proposto pelos pesquisadores em questão, particularmente no que diz respeito a aplicações de computação quântica. Enquanto isso, Sudbø e Mæland estão interessados em explorar outras rotas teóricas possíveis para alcançar a supercondutividade não convencional.
“De maneira geral, nossa busca está voltada para a supercondutividade não convencional e possíveis rotas para a obtenção de supercondutividade topológica em heteroestruturas que envolvam isolantes magnéticos com estados fundamentais atípicos e incomuns, além de novos tipos de excitações de spin que transcendam o estado fundamental”, afirmou Sudbø.
