Et fasebatteri til kvanteteknologier

Batterier hører til hverdagen. Et klassisk batteri, Volta-bunken, omdanner kemisk energi til en spænding, som kan drive elektroniske kredsløb. I mange kvanteteknologier, kredsløb eller enheder er baseret på superledende materialer. I sådanne materialer, strømme kan flyde uden behov for en påført spænding; derfor, der er ikke behov for et klassisk batteri i et sådant system. Disse strømme kaldes superstrømme, fordi de ikke udviser energitab. De induceres ikke fra en spænding, men fra en faseforskel af kvantekredsløbets bølgefunktion, som er direkte relateret til stoffets bølgenatur. En kvanteenhed, der er i stand til at give en vedvarende faseforskel, kan ses som et kvantefasebatteri, som inducerer superstrømme i et kvantekredsløb.

I dette arbejde, forfatterne præsenterer resultaterne fra et teoretisk og eksperimentelt samarbejde, der har ført til fremstilling af det første kvantefasebatteri. Ideen blev først udtænkt i 2015, af Sebastian Bergeret fra Mesoscopic Physics Group på Materials Physics Center (CFM, CSIC-UPV/EHU), et fælles initiativ fra Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC) og universitetet i Baskerlandet (UPV/EHU), og Ilya Tokatly, Ikerbaskisk professor i Nano-Biospektroskopi-gruppen af ​​UPV/EHU, både Donostia International Physics Center (DIPC) associerede forskere. De foreslog et teoretisk system med de egenskaber, der er nødvendige for at bygge fasebatteriet. Den består af en kombination af superledende og magnetiske materialer med en iboende relativistisk virkning, kaldet spin-orbit kobling.

Et par år senere Francesco Giazotto og Elia Strambini fra NEST-CNR Institute, Pisa, identificeret en passende materialekombination og fremstillet det første kvantefasebatteri, hvis resultater nu er offentliggjort i tidsskriftet Natur nanoteknologi . Den består af en n-dopet InAs nanotråd, der danner kernen i batteriet (bunken) og Al superledende ledninger som poler. Batteriet oplades ved at anvende et eksternt magnetfelt, som så kan slukkes.

Cristina Sanz-Fernández og Claudio Guarcello fra CFM tilpassede også teorien for at simulere de eksperimentelle resultater.

Fremtiden for dette batteri bliver yderligere forbedret hos CFM i et samarbejde mellem Nanophysics Lab og Mesoscopic Physics Group. Dette arbejde bidrager til de enorme fremskridt, der gøres inden for kvanteteknologi, som forventes at revolutionere både computer- og sanseteknikker, samt medicin, og telekommunikation i den nærmeste fremtid.