Gli scienziati dell’Ateneo fiorentino hanno fatto parte di un team di ricerca del LENS e dell’Istituto nazionale di Ottica del Consiglio nazionale delle ricerche (Cnr-Ino) di Sesto Fiorentino che ha osservato un nuovo fenomeno quantistico nelle giunzioni Josephson atomiche.
Lo studio sperimentale è stato supportato dal gruppo teorico dell’Università di Catania e del Technology Innovation Institute (TII) di Abu Dhabi che aveva previsto l’effetto. Il progetto, che ha coinvolto anche scienziate e scienziati dell’Università Nazionale Autonoma del Messico (UNAM), ospitati nei laboratori del LENS, è stato pubblicato su Science con il titolo “Shapiro steps in strongly-interacting Fermi gases” (DOI: 10.1126/science.ads8885)
Il team ha iniettato per la prima volta una corrente alternata all’interno di una giunzione Josephson formata da atomi raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto. Separati da una barriera di luce sottilissima, apparentemente impenetrabile, gli atomi riescono ad attraversarla tutti insieme senza alcuna perdita di energia, proprio come se fosse trasparente, grazie all’effetto tunneling quantistico.
“Le giunzioni Josephson, già fondamentali per i sensori quantistici ed i computer del futuro, sono state riconosciute dall’ultimo Premio Nobel per la Fisica 2025, nel contesto delle piattaforme superconduttive a stato solido, come strumenti chiave per testare su larga scala gli effetti sorprendenti della meccanica quantistica. Nelle loro versioni realizzate con atomi ultrafreddi, esse offrono un controllo senza precedenti ed un funzionamento sostenibile a bassissimo consumo energetico, consentendo di osservare direttamente i meccanismi microscopici che determinano il loro comportamento macroscopico”, spiega Giacomo Roati del LENS e dirigente di ricerca del CNR-INO che ha coordinato l’attività sperimentale.
Quando si applica una corrente oscillante, gli atomi che attraversano la barriera creano una differenza di potenziale a “gradini”, la cui altezza risulta proporzionale alla frequenza della corrente stessa. Questi gradini sono noti come Shapiro steps. “Grazie all’elevato livello di controllo ed alla precisione con cui possiamo manipolare gli atomi della giunzione, siamo riusciti a svelare il meccanismo fisico di sincronizzazione che dà origine agli Shapiro steps in giunzioni atomiche”, aggiunge Giulia Del Pace, ricercatrice dell’Università di Firenze e prima firmataria dello studio.
Conclude Luigi Amico, coordinatore del gruppo teorico dell’Università di Catania e del TII: “Si tratta di un esperimento importante di ‘atomtronica’. Come in elettronica la corrente scorre in metalli o semiconduttori, nei circuiti atomtronici correnti di atomi neutri si muovono in circuiti creati con luce laser. Questo settore ha grandi potenzialità per le tecnologie quantistiche del futuro per lo sviluppo di nuovi dispositivi atomici ad altissima sensibilità”.
Fonte: Ufficio stampa Consiglio nazionale delle ricerche
