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Mar 23, 2024

Transizioni topologiche in ac/dc

Scientific Reports volume 12, numero articolo: 10069 (2022) Cita questo articolo 862 Accessi 5 Citazioni Dettagli metrici L'estensione delle nanostrutture alla terza dimensione è diventata una ricerca importante

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L'estensione delle nanostrutture alla terza dimensione è diventata un'importante strada di ricerca nella fisica della materia condensata, a causa dei fenomeni indotti dalla geometria e dalla topologia. A questo proposito, le nanoarchitetture 3D superconduttrici presentano disomogeneità del campo magnetico, topologia non banale delle correnti di Meissner e dinamica complessa dei difetti topologici. Qui, indaghiamo teoricamente le transizioni topologiche nella dinamica dei vortici e degli slittamenti della fase del parametro d'ordine in nanotubi superconduttori aperti sotto una corrente di trasporto modulata. Basandosi sull'equazione di Ginzburg-Landau dipendente dal tempo, riveliamo due distinti regimi di tensione quando (i) una parte dominante del tubo è nello stato normale o superconduttore e (ii) una complessa interazione tra vortici, regioni a scorrimento di fase e le correnti di schermatura determinano un ricco spettro di tensioni FFT. I nostri risultati svelano nuovi stati dinamici nei nanotubi aperti superconduttori, come le regioni a slittamento di fase parassiali e azimutali, la loro ramificazione e la coesistenza con i vortici, e consentono il controllo di questi stati mediante stimoli di corrente continua e alternata sovrapposti.

Le nanoarchitetture tridimensionali (3D) hanno acquisito un'importanza crescente in vari settori della scienza e della tecnologia1,2,3. Attirano grande attenzione nella fisica dei semiconduttori4,5, nel magnetismo6,7, nella fotonica8, nella magnonica9, nella plasmonica10 e nella superconduttività11. La tecnologia roll-up12 e la nanostampa a scrittura diretta utilizzando fasci di particelle focalizzate13 consentono la realizzazione di varie geometrie di forma complessa, interessanti per le indagini sulle loro proprietà elettroniche, ottiche, magnetiche e di trasporto e per lo sviluppo di nuove applicazioni. Da un punto di vista olistico, i fenomeni indotti dalla geometria e dalla topologia nelle nanoarchitetture 3D sono stati recentemente analizzati per semiconduttori curvilinei, superconduttori e nanoarchitetture magnetiche, nonché per micromotori tubolari catalitici e guide d'onda ottiche1,2.

Nella superconduttività, l'ibridazione della geometria curva con la topologia non banale è una fonte consolidata di fisica emergente14,15,16,17,18,19,20,21,22. Pertanto, le nanomembrane auto-laminate23,24,25,26,27,28,29,30 e le nanoarchitetture 3D a scrittura diretta31,32 sono piattaforme interessanti per l'esame di modelli teorici e l'esplorazione sperimentale delle dinamiche intrecciate delle correnti di Meissner e delle dinamiche topologiche difetti (vortici di Abrikosov e slittamenti di fase) del parametro d'ordine nei superconduttori. Dal punto di vista delle applicazioni, l'estensione dei superconduttori su scala nanometrica nella terza dimensione consente il rilevamento del campo vettoriale completo nell'interferometria quantistica33, la riduzione della potenza equivalente al rumore nella bolometria28 e la riduzione delle impronte dei dispositivi flussonici32,34. A questo proposito, il trasporto del flusso magnetico a grandi correnti continue35,36,37,38, frequenze GHz alternate39,40,41,42 e in connessione con l'assorbimento di fotoni nel campo ottico/infrarosso43,44 appare particolarmente interessante per le applicazioni.

Il movimento dei vortici sotto un azionamento CA ad alta frequenza mostra una ricca varietà di regimi dinamici che sono determinati sia dall'ampiezza CA che dalla frequenza CA. Distinto dal movimento traslatorio del vortice sotto un azionamento in corrente continua45, una corrente alternata provoca il movimento oscillatorio dei vortici39,46. Tuttavia, l'evoluzione dello stato superconduttore nelle micro e nanostrutture 3D è stata finora studiata separatamente nei regimi di corrente continua o alternata28,31,32,47. Tuttavia, da precedenti studi su film planari è noto che una combinazione di stimoli CC e CA può dare origine a nuovi fenomeni, come l'interferenza quantistica CC/CA48,49, la tensione raddrizzata e la sua inversione50,51 e peculiarità nella potenza delle microonde assorbimento42. Di conseguenza, si prevede che le nanoarchitetture superconduttrici 3D curve guidate da (cc+ac) ospiteranno nuovi fenomeni fisici che potrebbero avere potenziale applicativo.