Superconductores de alta temperatura, ¿con una vuelta de tuerca?
El método de fabricación podría facilitar el descubrimiento de materiales
Los superconductores llevan décadas intrigando a los físicos. Pero estos materiales, que permiten el flujo perfecto y sin pérdidas de electrones, sólo suelen presentar esta peculiaridad mecánico-cuántica a temperaturas tan bajas -unos pocos grados por encima del cero absoluto- que los hacen poco prácticos.
Representación gráfica del superconductor de cuprato apilado y retorcido, con los datos correspondientes de fondo.
Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Zhao
Un equipo de investigadores dirigido por el catedrático de Física y Física Aplicada de Harvard Philip Kim ha demostrado una nueva estrategia para fabricar y manipular una clase ampliamente estudiada de superconductores de alta temperatura, los llamados cupratos, que despeja el camino a la ingeniería de nuevas e inusuales formas de superconductividad en materiales antes inalcanzables.
Utilizando un método único de fabricación de dispositivos de baja temperatura, Kim y su equipo informan en la revista Science de un prometedor candidato para el primer diodo superconductor de alta temperatura del mundo -esencialmente, un interruptor que hace fluir la corriente en una dirección- fabricado a partir de finos cristales de cuprato. En teoría, un dispositivo así podría alimentar industrias incipientes como la computación cuántica, que dependen de fenómenos mecánicos fugaces difíciles de mantener.
"Los diodos superconductores de alta temperatura son, de hecho, posibles, sin aplicación de campos magnéticos, y abren nuevas puertas de investigación hacia el estudio de materiales exóticos", afirma Kim.
Los cupratos son óxidos de cobre que, hace décadas, pusieron patas arriba el mundo de la física al demostrar que se vuelven superconductores a temperaturas mucho más altas de lo que los teóricos habían creído posible, siendo "más altas" un término relativo (el récord actual para un superconductor de cuprato es de -225 Fahrenheit). Pero manipular estos materiales sin destruir sus fases superconductoras es extremadamente complejo debido a sus intrincadas características electrónicas y estructurales.
Los experimentos del equipo fueron dirigidos por S. Y. Frank Zhao, antiguo alumno de la Facultad de Artes y Ciencias Griffin y ahora investigador postdoctoral en el MIT. Utilizando un método criogénico de manipulación de cristales sin aire en argón ultrapuro, Zhao diseñó una interfaz limpia entre dos capas extremadamente finas del óxido cuprítico de bismuto, estroncio, calcio y cobre, apodado BSCCO ("bisco"). El BSCCO se considera un superconductor de "alta temperatura" porque empieza a superconducir a unos -288 grados Fahrenheit, una temperatura muy fría para los estándares prácticos, pero asombrosamente alta entre los superconductores, que normalmente deben enfriarse a unos -400 grados.
Zhao dividió primero el BSCCO en dos capas, cada una con una milésima parte de la anchura de un cabello humano. Luego, a -130, apiló las dos capas con un giro de 45 grados, como un sándwich de helado con obleas torcidas, conservando la superconductividad en la frágil interfaz.
El equipo descubrió que la supercorriente máxima que puede pasar sin resistencia a través de la interfaz es diferente según la dirección de la corriente. Y lo que es más importante, el equipo también demostró el control electrónico del estado cuántico interfacial invirtiendo esta polaridad. Este control fue lo que les permitió fabricar un diodo superconductor de alta temperatura conmutable, una demostración de física fundamental que algún día podría incorporarse a una pieza de tecnología informática, como un bit cuántico.
"Se trata de un punto de partida en la investigación de fases topológicas, con estados cuánticos protegidos de imperfecciones", afirma Zhao.
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