Los superconductores, materiales que conducen la electricidad sin resistencia, son notables. Proporcionan una visión macroscópica de los fenómenos cuánticos, que generalmente son observables solo a nivel atómico. Más allá de su peculiaridad física, los superconductores también son útiles. Se encuentran en imágenes médicas computadoras cuánticas, y cámaras utilizadas con telescopios.

Pero los dispositivos superconductores pueden ser delicados. A menudo, son costosos de fabricar y propensos a errar debido al ruido ambiental. Eso podría cambiar gracias a la investigación del grupo de Karl Berggren en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática.

Los investigadores están desarrollando un nanoalambre superconductor, lo que podría permitir una electrónica superconductora más eficiente. Los beneficios potenciales del nanoalambre se derivan de su simplicidad, dice Berggren. "Al final del día, es solo un cable ".

Berggren presentará un resumen de la investigación en la Conferencia de circuitos de estado sólido IEEE de este mes.

La resistencia es inútil

La mayoría de los metales pierden resistencia y se vuelven superconductores a temperaturas extremadamente bajas, por lo general, solo unos pocos grados por encima del cero absoluto. Están acostumbrados a detectar campos magnéticos especialmente en situaciones altamente sensibles como monitorear la actividad cerebral. También tienen aplicaciones tanto en computación cuántica como clásica.

Detrás de muchos de estos superconductores se encuentra un dispositivo inventado en la década de 1960 llamado unión de Josephson, esencialmente dos superconductores separados por un aislante delgado. "Eso es lo que llevó a la electrónica superconductora convencional, y luego finalmente a la computadora cuántica superconductora, "dice Berggren.

Sin embargo, el cruce de Josephson "es fundamentalmente un objeto bastante delicado, ", Añade Berggren. Eso se traduce directamente en el coste y la complejidad de la fabricación, especialmente para el aislante fino posterior. Es posible que los superconductores basados ​​en uniones de Josephson tampoco funcionen bien con otros:"Si intentas conectarlo con la electrónica convencional, como los de nuestros teléfonos o computadoras, el ruido de esos pantanos justo en el cruce de Josephson. Entonces, esta falta de capacidad para controlar objetos a gran escala es una desventaja real cuando intentas interactuar con el mundo exterior ".

Para superar estas desventajas, Berggren está desarrollando una nueva tecnología, el nanoalambre superconductor, con raíces más antiguas que la unión de Josephson.

Reinicio de Cryotron

En 1956, El ingeniero eléctrico del MIT, Dudley Buck, publicó una descripción de un interruptor de computadora superconductor llamado criotrón. El dispositivo era poco más que dos cables superconductores:uno era recto, y el otro estaba enrollado a su alrededor. El criotrón actúa como un interruptor, porque cuando la corriente fluye a través del alambre enrollado, su campo magnético reduce la corriente que fluye a través del cable recto.

En el momento, el criotrón era mucho más pequeño que otros tipos de conmutadores informáticos, como tubos de vacío o transistores, y Buck pensó que el criotrón podría convertirse en el componente básico de las computadoras. Pero en 1959, Buck murió repentinamente a los 32 años, detener el desarrollo del criotrón. (Desde entonces, los transistores se han escalado a tamaños microscópicos y hoy constituyen los componentes lógicos centrales de las computadoras).

Ahora, Berggren está reavivando las ideas de Buck sobre los interruptores de computadora superconductores. "Los dispositivos que estamos haciendo son muy parecidos a los criotrones en el sentido de que no requieren uniones Josephson, "Dice. Él apodó a su dispositivo de nanocables superconductor el nano-criotrón en homenaje a Buck, aunque funciona un poco diferente al criotrón original.

El nanocriotrón usa calor para activar un interruptor, en lugar de un campo magnético. En el dispositivo de Berggren, la corriente pasa por un superconductor, alambre sobreenfriado llamado "canal". Ese canal está cruzado por un cable aún más pequeño llamado "estrangulamiento", como una carretera de varios carriles cruzada por un camino lateral. Cuando se envía corriente a través del estrangulador, su superconductividad se rompe y se calienta. Una vez que el calor se propaga desde el estrangulador al canal principal, hace que el canal principal también pierda su estado superconductor.

El grupo de Berggren ya ha demostrado una prueba de concepto para el uso del nanocriotrón como componente electrónico. Un ex alumno de Berggren, Adam McCaughan, desarrolló un dispositivo que usa nanocriotrones para agregar dígitos binarios. Y Berggren ha utilizado con éxito nanocriotrones como interfaz entre los dispositivos superconductores y los clásicos, Electrónica basada en transistores.

Berggren dice que el nanoalambre superconductor de su grupo podría algún día complementar, o quizás competir con, los dispositivos superconductores basados ​​en uniones de Josephson. "Los cables son relativamente fáciles de hacer, por lo que puede tener algunas ventajas en términos de capacidad de fabricación, " él dice.

Él cree que el nanocriotrón algún día podría encontrar un hogar en las computadoras cuánticas superconductoras y en la electrónica superenfriada para telescopios. Los cables tienen baja disipación de potencia, por lo que también pueden ser útiles para aplicaciones que consumen mucha energía, él dice. "Probablemente no reemplazará los transistores de su teléfono, pero, ¿si pudiera reemplazar el transistor en una granja de servidores o en un centro de datos? Eso sería un gran impacto ".

Más allá de las aplicaciones específicas, Berggren tiene una visión amplia de su trabajo sobre nanocables superconductores. "Estamos haciendo una investigación fundamental, aquí. Si bien estamos interesados ​​en las aplicaciones, también estamos interesados ​​en:¿Cuáles son algunos tipos diferentes de formas de hacer informática? Como una sociedad, nos hemos centrado realmente en semiconductores y transistores. Pero queremos saber qué más podría haber ".

Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre la investigación del MIT, innovación y docencia.