Correnti atomiche in giunzioni Josephson di atomi ultrafreddi

Un team internazionale di ricercatori, di cui fa parte anche il Prof. Luigi Amico, (DFA UniCT, INFN Sez. Catania, e TII, Abu Dhabi)  ha previsto e poi osservato un nuovo fenomeno quantistico nelle giunzioni Josephson atomiche, sistemi che sono al centro dell’attenzione della comunità scientifica internazionale, anche in relazione al Premio Nobel per la Fisica 2025. 

Il team  ha iniettato per la prima volta una corrente alternata in una giunzione Josephson formata da atomi raffreddati a temperature prossime allo zero assoluto,  dimostrando  che un effetto  noto nella fisica dei circuiti superconduttori – i cosiddetti Shapiro steps – si manifestano anche in un circuito atomtronico, ossia nella versione “atomica” di un circuito superconduttivo composto da una giunzione Josephson e da un generatore di corrente alternata. 

La previsione teorica, formulata  dal gruppo del Prof. Luigi Amico (https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.133.093401), è stata verificata sperimentalmente  grazie alla collaborazione con il Laboratorio Europeo di Spettroscopia Nonlineare (LENS) di Firenze e l’Università di Kaiserslautern in Germania. Gli esperimenti hanno permesso di osservare per la prima volta gli Shapiro steps in giunzioni Josephson atomiche, sia con atomi bosonici sia con atomi fermionici, confermando in modo diretto le previsioni teoriche. I risultati sono stati pubblicati su Science in  due articoli “back-to-back” (nello stesso numero della rivista), di cui il Prof. Amico è ancora coautore (https://www.science.org/doi/abs/10.1126/science.ads8885, https://www.science.org/doi/10.1126/science.ads9061).

Il Prof. L. Amico ha commentato che “In questo primo circuito atomtronico in AC, è stato possibile monitorare microscopicamente il fenomeno di sincronizzazione  fra coerenza macroscopica quantistica e segnale esterno. Questo settore ha grandi potenzialità per le tecnologie quantistiche del futuro per lo sviluppo di nuovi dispositivi quantistici e sensori ad altissima sensibilità”.