¡Viva la superconductividad!
Avance pionero: Breves destellos de luz con impacto sostenido
La superconductividad -la capacidad de un material de transmitir una corriente eléctrica sin pérdidas- es un efecto cuántico que, a pesar de años de investigación, sigue limitado a temperaturas muy bajas. Ahora, un equipo de científicos del Instituto Max Planck para la Estructura y la Dinámica de la Materia (MPSD) de Hamburgo ha conseguido crear un estado metaestable con resistencia eléctrica desvanecida en un sólido molecular exponiéndolo a pulsos finamente ajustados de luz láser intensa.
Un pulso de láser infrarrojo induce la superconductividad a altas temperaturas en K3C60. Tras una excitación prolongada, este estado inducido por la luz se vuelve metaestable durante muchos nanosegundos.
Jörg Harms / MPSD
Este efecto ya se había demostrado en 2016 durante un tiempo muy corto, pero en un nuevo estudio los autores del trabajo han demostrado una vida mucho más larga, casi 10.000 veces más que antes. Los largos tiempos de vida de la superconductividad inducida por la luz son prometedores para aplicaciones en elec-trónica integrada. La investigación de Budden et al. se ha publicado en Nature Physics.
La superconductividad es uno de los fenómenos más fascinantes y misteriosos de la física moderna. Describe la pérdida repentina de resistencia eléctrica en ciertos materiales cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica. Sin embargo, la necesidad de ese enfriamiento sigue limitando la utilidad tecnológica de estos materiales.
En los últimos años, las investigaciones del grupo de Andrea Cavalleri en el MPSD han revelado que los pulsos intensos de luz infrarroja son una herramienta viable para inducir propiedades superconductoras en una variedad de materiales diferentes a temperaturas mucho más altas de lo que sería posible sin la fotoestimulación. Sin embargo, estos estados exóticos han persistido hasta ahora sólo durante unos pocos picosegundos (trillonésimas de segundo), lo que limita los métodos experimentales para estudiarlos a la óptica ultrarrápida.
Se ha informado de un avance pionero. Los investigadores del grupo de Cavalleri han conseguido aumentar la vida de este estado superconductor inducido por la luz en más de cuatro órdenes de magnitud en el superconductor orgánico K3C60, que se basa en fullerenos (moléculas "balón de fútbol" formadas por 60 átomos de carbono). "Hemos descubierto un estado de larga duración con resistencia evanescente a una temperatura cinco veces superior a la que se establece la superconductividad sin fotoexcitación", afirma el autor principal, Matthias Budden, estudiante de doctorado en el momento de realizar la investigación.
"El ingrediente clave de este éxito fue nuestro desarrollo de un nuevo tipo de fuente láser que puede producir pulsos de luz de alta intensidad en el infrarrojo medio con una duración sintonizable de aproximadamente un picosegundo a un nanosegundo", añade el coautor Thomas Gebert. El nuevo tipo de láser se basa en la sincronización de láseres de gas de alta potencia con pulsos de nanosegundos relativamente largos con el ritmo ultrapreciso de pulsos de láser de estado sólido mucho más cortos.
Cuando esos pulsos largos e intensos de luz infrarroja inciden en un material, pueden inducir vibraciones moleculares, distorsiones de la red e incluso cambios en la configuración electrónica. Dada la complejidad de estos procesos, no es de extrañar que se hayan propuesto varias teorías muy diferentes para describir la física de la superconductividad potenciada por la luz. Sorprendentemente, los autores descubrieron en su nuevo trabajo que la superconductividad persistía durante decenas de nanosegundos tras la fotoexcitación. Esta duración tan prolongada de los estados superconductores permitió al equipo estudiar sistemáticamente la resistencia eléctrica de los materiales. Aunque todavía no existe una descripción microscópica de la superconductividad inducida por la luz en el K3C60, estos resultados representan un nuevo punto de referencia para las teorías actuales.
"Lo más importante", concluye Matthias Budden, "es que nuestro trabajo allana el camino para realizar experimentos apremiantes sobre un efecto Meissner fotoinducido e inspira reflexiones sobre las aplicaciones de los circuitos superconductores en dispositivos integrados basados en la electrónica de alta velocidad de última generación." Entre estas aplicaciones se encuentran los sensores de campo magnético extremadamente sensibles, la computación cuántica de alto rendimiento y la transmisión de energía sin pérdidas.
En términos más generales, gracias al novedoso enfoque de combinar pulsos de excitación más largos en el infrarrojo medio con mediciones directas de las propiedades electrónicas y magnéticas, el equipo de MPSD pretende mejorar el control y la comprensión de los numerosos y fascinantes fenómenos de los materiales complejos.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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