Una molecola in più o in meno regola l'interazione col superconduttore

Contate i legami. In una catena molecolare di poche unità, una in più o una in meno basta a decidere se la catena interagisce o no con un superconduttore. I ricercatori del centro di ricerca CIC nanoGUNE, insieme a chimici dell'Università di Santiago de Compostela, lo hanno dimostrato su una superficie alla scala atomica, e riportano il risultato sulla rivista Nature.

Le catene sono costruite con trianguleni, piccoli frammenti triangolari di grafene che ospitano ciascuno uno spin, un minuscolo momento magnetico pari a 1. Quando queste unità si accoppiano, i loro spin si combinano in uno stato quantistico collettivo noto come fase di Haldane, una teoria formulata oltre quattro decenni fa. Una catena formata da unità a spin intero ha una proprietà notevole: porta stati di spin frazionari di 1/2 a entrambe le estremità. Il team voleva capire cosa succede quando queste estremità incontrano un superconduttore, un materiale che conduce elettricità senza resistenza una volta raffreddato nello stato superconduttivo.

La difficoltà era la superficie stessa. L'oro è la piattaforma migliore per costruire queste strutture di carbonio con la sintesi su superficie, ma l'oro non è superconduttore. Il niobio lo è, ma il suo ambiente chimico non consente quel tipo di sintesi. La soluzione del team è stata far crescere un film d'oro spesso 25-30 strati atomici su un cristallo di niobio. L'oro acquisisce la superconduttività per la sua vicinanza al niobio e conserva la propria chimica, così le molecole possono essere costruite su una superficie che si comporta come un superconduttore.

Con la microscopia e la spettroscopia a effetto tunnel, i ricercatori hanno misurato le catene una per una e hanno riscontrato un chiaro effetto di parità. Nelle catene con un numero dispari di trianguleni hanno osservato un segno caratteristico dell'interazione tra un momento magnetico e lo stato superconduttivo. Nelle catene con un numero pari, quel segno scompare. Il numero di unità, non il solo materiale, determina l'accoppiamento. Per chi costruisce dispositivi molecolari, ciò significa che l'interazione può essere impostata durante la sintesi, una unità alla volta.

Per il settore, il vantaggio sta nella possibilità di attivare o disattivare l'accoppiamento in modo progettato. Il ricercatore principale, Nacho Pascual, del CIC nanoGUNE, osserva che le molecole magnetiche sono candidate per i bit quantistici e che un superconduttore potrebbe sia leggerle sia schermarle dal rumore, a condizione che la loro interazione sia controllabile; lo studio mostra una via per ottenerlo. Il team presenta il lavoro come una piattaforma per esplorare come gli stati magnetici e le fasi topologiche interagiscano con un superconduttore, molecola per molecola. Il risultato apre la strada a futuri sensori e tecnologie quantistiche. Non viene indicata alcuna scadenza, e questi risultati restano misurazioni di laboratorio che non sono ancora state trasformate in dispositivi.