Descubierto el emparejamiento de electrones en átomos artificiales
Investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Hamburgo han observado un estado cuántico que los teóricos japoneses predijeron hace más de 50 años, pero que hasta ahora no se había detectado. Mediante la adaptación de un átomo artificial en la superficie de un superconductor, los investigadores consiguieron emparejar los electrones del llamado punto cuántico, induciendo así la versión más pequeña posible de un superconductor. El trabajo aparece en el último número de la revista "Nature".
Vista en 3D de algunas de las estructuras construidas átomo a átomo a partir de plata (pequeños montículos). Una jaula de electrones rectangular y otra circular se ven en el cuarto superior izquierdo de la imagen
Lucas Schneider
Normalmente los electrones se repelen entre sí debido a su carga negativa. Este fenómeno influye enormemente en muchas propiedades de los materiales, como la resistencia eléctrica. La situación cambia drásticamente si los electrones se "pegan" formando pares, convirtiéndose así en bosones. Los pares bosónicos no se evitan entre sí como los electrones individuales, pero muchos de ellos pueden residir en el mismo lugar o realizar el mismo movimiento.
Una de las propiedades más intrigantes de un material con tales pares de electrones es la superconductividad, la posibilidad de dejar fluir una corriente eléctrica a través del material sin ninguna resistencia eléctrica. Durante muchos años, la superconductividad ha encontrado muchas aplicaciones tecnológicas importantes, como las imágenes por resonancia magnética o los detectores de alta sensibilidad para campos magnéticos. Hoy en día, la continua reducción de escala de los dispositivos electrónicos fomenta enormemente las investigaciones sobre cómo inducir la superconductividad en estructuras mucho más pequeñas a nanoescala.
Investigadores del Departamento de Física y del Cluster de Excelencia "CUI: Advanced Imaging of Matter" de la Universidad de Hamburgo, han logrado el emparejamiento de electrones en un átomo artificial llamado punto cuántico, que es el componente básico más pequeño de los dispositivos electrónicos nanoestructurados. Para ello, los experimentadores dirigidos por el Dr. Jens Wiebe, del Instituto de Nanoestructuras y Física del Estado Sólido, encerraron los electrones en jaulas diminutas que construyeron con plata, átomo por átomo.
Al acoplar los electrones encerrados a un superconductor elemental, los electrones heredaron la tendencia al apareamiento del superconductor. Junto con un equipo de físicos teóricos del Cluster, dirigido por el Dr. Thore Posske, los investigadores relacionaron la firma experimental, un pico espectroscópico a muy baja energía, con el estado cuántico predicho a principios de los años 70 del siglo pasado por Kazushige Machida y Fumiaki Shibata.
Aunque hasta ahora este estado no se ha detectado directamente por métodos experimentales, trabajos recientes de investigadores de los Países Bajos y Dinamarca demuestran que es beneficioso para suprimir el ruido no deseado en los qubits de transmón, un componente esencial de los ordenadores cuánticos modernos. En una comunicación privada por correo electrónico, Kazushige Machida escribió al primer autor de la publicación, el Dr. Lucas Schneider: "Le agradezco que haya ''descubierto'' mi viejo artículo de hace medio siglo. Durante mucho tiempo pensé que las impurezas no magnéticas de los metales de transición producían el estado dentro de la brecha, pero su ubicación estaba tan cerca del borde de la brecha superconductora que era imposible demostrar su existencia. Pero gracias a su ingenioso método, por fin ha podido comprobar experimentalmente que es cierto".
Publicación original:
Lucas Schneider, Khai That Ton, Ioannis Ioannidis, Jannis Neuhaus-Steinmetz, Thore Posske, Roland Wiesendanger y Jens Wiebe: Proximity superconductivity in atom-by-atom crafted quantum dots, https://doi.org/10.1038/s41586-023-06312-0.
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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