Un equipo internacional formado por investigadores de la Universidad de Würzburg ha conseguido crear un estado especial de superconductividad. El descubrimiento podría hacer avanzar el desarrollo de las computadoras cuánticas.
El artículo que analiza la investigación ha sido publicado en Física de la naturaleza titulado “Supercorriente magnéticamente sintonizable en uniones Josephson basadas en un aislante topológico magnético diluido”.
Los superconductores son materiales. que pueden conducir electricidad sin resistencia eléctrica, lo que los convierte en el material base ideal para componentes electrónicos en máquinas de resonancia magnética, trenes de levitación magnética e incluso aceleradores de partículas. Sin embargo, los superconductores convencionales se ven fácilmente perturbados por el magnetismo. Un grupo internacional de investigadores ha logrado construir un dispositivo híbrido que consiste en un superconductor estable y cercano, mejorado por magnetismo y cuya función puede controlarse específicamente.
Portamuestras para mediciones a mikelvin (-273° C). Crédito de imagen: Mandal/JMU, ampliado hacia el lado con Firefly. Universidad de Würzburg. Haga clic en el enlace del comunicado de prensa para la vista más grande.
Combinaron el superconductor con un material semiconductor especial conocido como aislante topológico. “Los aislantes topológicos son materiales que conducen la electricidad por su superficie pero no por su interior. Esto se debe a su estructura topológica única, es decir, a la disposición especial de los electrones”, explicó el profesor Charles Gould, físico del Instituto de Aisladores Topológicos de la Universidad de Würzburg (JMU). “Lo interesante es que podemos equipar aisladores topológicos con átomos magnéticos para que puedan ser controlados por un imán”.
Los superconductores y los aislantes topológicos se acoplaron para formar la llamada unión Josephson, una conexión entre dos superconductores separados por una fina capa de material no superconductor. “Esto nos permitió combinar las propiedades de la superconductividad y los semiconductores”, dijo Gould. “Por eso combinamos las ventajas de un superconductor con la controlabilidad del aislante topológico. Utilizando un campo magnético externo, ahora podemos controlar con precisión las propiedades superconductoras. ¡Este es un verdadero avance en la física cuántica!
La superconductividad se encuentra con el magnetismo
Esta combinación especial crea un estado exótico en el que se combinan superconductividad y magnetismo; normalmente se trata de fenómenos opuestos que rara vez coexisten. Esto se conoce como estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (p-FFLO) inducido por proximidad. El nuevo “superconductor con función de control” podría ser importante para aplicaciones prácticas, como el desarrollo de ordenadores cuánticos. A diferencia de los ordenadores convencionales, los ordenadores cuánticos no se basan en bits, sino en bits cuánticos (qubits), que pueden asumir no sólo dos, sino varios estados simultáneamente.
“El problema es que los bits cuánticos son actualmente muy inestables porque son extremadamente sensibles a influencias externas, como los campos eléctricos o magnéticos”, explicó el físico Gould. “Nuestro descubrimiento podría ayudar a estabilizar los bits cuánticos para que puedan utilizarse en computadoras cuánticas en el futuro”.
Equipo internacional de investigación cuántica
La investigación experimental fue realizada por un equipo de la Cátedra de Física Experimental III del profesor Laurens W. Molenkamp en Würzburg. Se llevó a cabo en estrecha colaboración con expertos teóricos del grupo del Profesor F. Sebastian Bergeret del Centro de Física de Materiales (CFM) en San Sebastián, España, y el Profesor Teun M. Klapwijk de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos.
El grupo de investigación internacional fue financiado por el Clúster de Excelencia ct.qmat (Complejidad y Topología en Materiales Cuánticos), la Fundación Alemana de Investigación (DFG), el Estado Libre de Baviera, la Agencia Estatal de Investigación española (AEI), la Agencia Europea de Investigación programa Horizonte 2020 y el Programa de Subvenciones Avanzadas del CEI de la UE.
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Esto responde en parte a una de las preguntas que los observadores interesados han tenido durante años sobre el campo magnético natural alrededor de un superconductor energizado. No es una gran sorpresa que un campo magnético intrusivo cause estragos en un superconductor. Sin embargo, también es una gran sorpresa que la tecnología prospectiva ya esté apareciendo en el foco de atención.
Un día, parece que el problema de la temperatura será el único problema importante que quede.
Por Brian Westenhaus vía Nueva energía y combustible
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