Realizzato il primo transistor in materiali superconduttori / Made the first transistor in superconducting materials

Segnalato dal Dott. Giuseppe Cotellessa / Reported by Dr. Giuseppe Cotellessa

Ricercatori dell'Istituto nanoscienze del Cnr hanno osservato un effetto che smentisce alcuni assunti della teoria della superconduttività e apre all'era dei transistor a supercorrente. Lo studio è pubblicato sulle riviste Nature Nanotechnolgy, NanoLetters e Nature ElectronicsCN

 Fisici dell’Istituto nanoscienze del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Nano) di Pisa con il contributo dell’Istituto superconduttori, materiali innovativi e dispositivi di Genova (Cnr-Spin) hanno dimostrato che, al contrario di quanto creduto finora, è possibile realizzare transistor basati interamente su materiali superconduttori, anziché su semiconduttori come il silicio. Il risultato, oltre a fornire un’innovativa prospettiva tecnologica, smentisce alcuni assunti della teoria della superconduttività. Lo studio è pubblicato sulle riviste Nature Nanotechnolgy e NanoLetters, mentre Nature Electronics gli ha dedicato l'articolo 'Transistors go metal' nella sezione 'in evidenza'.

I ricercatori hanno osservato che è possibile usare un campo elettrico per controllare, abilitando o inibendo, il passaggio di supercorrente in un filo superconduttivo. Questo effetto potrebbe essere sfruttato in dispositivi di nuova concezione come transistor a effetto campo superconduttivi, e nelle tecnologie quantistiche. “Abbiamo osservato un fenomeno nuovo nei superconduttori”, afferma Francesco Giazotto di Cnr-Nano e Scuola Normale Superiore, che ha guidato la ricerca, “sicuramente rilevante dal punto di vista della fisica fondamentale. Gli esperimenti sembrano infatti contraddire l’assunto per il quale i campi elettrostatici non dovrebbero influenzare un metallo superconduttore”.

I superconduttori sono materiali capaci di condurre corrente senza dissipare energia, poiché quando vengono raffreddati al di sotto di una temperatura critica la loro resistenza elettrica diventa nulla. “Secondo la teoria, un campo elettrostatico non ha alcun effetto su un metallo superconduttore, ma ora questa idea è stata smentita dalla scoperta che un campo elettrico intenso può influenzare drasticamente un superconduttore ed 

essere usato per controllare la supercorrente che lo attraversa fino a 'spegnere' completamente la superconduttività, se sufficientemente intenso”, prosegue Giazotto.

Per giungere al risultato i ricercatori hanno applicato intensi campi elettrici a transistor superconduttivi costituiti da un film sottile di superconduttore, nello specifico titanio o alluminio, realizzati con tecniche litografiche standard, mentre le delicate misure elettriche a temperature prossime alla zero assoluto sono state effettuate grazie alla speciale strumentazione messa a punto al Cnr-Nano di Pisa e disponibile in pochissimi laboratori nel mondo.

“Dal punto di vista della fisica di base, questi risultati suggeriscono che ci sono aspetti della superconduttività ancora da comprendere e invitano a ripensare alcuni aspetti della teoria che non prevedevano il cosiddetto 'effetto di campo' per i superconduttori. Intanto siamo già al lavoro per capire l'origine microscopica dell’effetto che abbiamo osservato”, conclude il ricercatore. “Per quanto riguarda le applicazioni, questo effetto potrebbe rivoluzionare l’elettronica con dispositivi di nuova concezione, compresi transistor superconduttori interamente metallici, ovvero circuiti con un ridottissimo consumo energetico e riscaldamento, oltre che tecnicamente semplici da realizzare e basati su materiali comuni come titanio e alluminio, economici e scalabili per processi industriali. Potrebbe infine portare a nuove architetture per le tecnologie quantistiche avanzate”

ENGLISH

Researchers at the CNR nanoscience institute have observed an effect that belies some assumptions of the theory of superconductivity and opens to the era of supercurrent transistors. The study is published in the magazines Nature Nanotechnolgy, NanoLetters and Nature ElectronicsCN

 Physicists from the Nanoscience Institute of the National Research Council (Cnr-Nano) in Pisa with the contribution of the superconducting institute, innovative materials and devices from Genoa (Cnr-Spin) have shown that, contrary to what has been believed up to now, it is possible to transistors based entirely on superconducting materials, rather than semiconductors such as silicon. The result, in addition to providing an innovative technological perspective, belies some assumptions of the theory of superconductivity. The study is published in the magazines Nature Nanotechnolgy and NanoLetters, while Nature Electronics has dedicated the article 'Transistors go metal' in the 'featured' section.

The researchers observed that it is possible to use an electric field to control, by enabling or inhibiting, the passage of supercurrent in a superconducting wire. This effect could be exploited in newly developed devices such as superconducting field effect transistors, and in quantum technologies. "We have observed a new phenomenon in superconductors," says Francesco Giazotto di Cnr-Nano and Scuola Normale Superiore, who led the research, "certainly relevant from the point of view of fundamental physics. The experiments seem to contradict the assumption that electrostatic fields should not influence a superconducting metal ".

Superconductors are materials capable of conducting current without dissipating energy, since when they are cooled below a critical temperature their electrical resistance becomes null. "According to the theory, an electrostatic field has no effect on a superconducting metal, but now this idea has been denied by the discovery that an intense electric field can drastically influence a superconductor and be used to control the supercurrent that crosses it until it is switched off. completely superconductivity, if sufficiently intense, "says Giazotto.

To achieve the result, the researchers applied intense electric fields to superconductive transistors consisting of a thin film of superconductor, specifically titanium or aluminum, made using standard lithographic techniques, while the delicate electrical measurements at temperatures close to absolute zero were made thanks to the special instrumentation tuning at the Cnr-Nano of Pisa and available in very few laboratories in the world.

"From the point of view of basic physics, these results suggest that there are aspects of superconductivity yet to be understood and invite us to rethink some aspects of the theory that did not provide for the so-called 'field effect' for superconductors. Meanwhile, we are already working to understand the microscopic origin of the effect we have observed ", concludes the researcher. "As for applications, this effect could revolutionize the electronics with newly designed devices, including entirely metallic superconducting transistors, or circuits with very low energy consumption and heating, as well as technically simple to make and based on common materials such as titanium and aluminum, economical and scalable for industrial processes. It could eventually lead to new architectures for advanced quantum technologies "

Da:

http://www.lescienze.it/lanci/2018/12/06/news/realizzato_il_primo_transistor_in_materiali_superconduttori-4217472/?ref=nl-Le-Scienze_07-12-2018&refresh_ce
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