Muchos de nosotros estamos familiarizados con el dióxido de titanio (TiO ₂ ), un blanqueador de uso común en protectores solares y pinturas, como las líneas blancas que se ven en las canchas de tenis. Menos conocidos son otros óxidos de titanio superiores, aquellos con un mayor número de átomos de titanio y oxígeno que el TiO, que ahora son objeto de intensificación de la investigación debido a su uso potencial en dispositivos electrónicos de próxima generación.

Ahora, Los investigadores de Tokyo Tech han informado de superconductividad en dos tipos de óxidos de titanio superiores preparados en forma de películas ultrafinas. Con un grosor de alrededor de 120 nanómetros, estos materiales revelan propiedades que apenas están comenzando a explorarse.

"Tuvimos éxito en el crecimiento de películas delgadas de Ti ₄ O ₇ y γ-Ti3O5 por primera vez, "dice Kohei Yoshimatsu, autor principal del artículo publicado en Informes científicos .

Hasta ahora, los dos materiales solo se habían estudiado a granel, en el que se comportan como aislantes, lo opuesto a los conductores. Por lo tanto, la formación de películas delgadas conductoras de electricidad se considera un gran avance para la física fundamental.

Los investigadores encontraron que la temperatura de transición superconductora alcanzó 3,0 K para Ti ₄ O ₇ y 7,1 K para γ-Ti3O5. Lograr 7,1 K incluso en óxidos metálicos simples es "un resultado sorprendente", dice Yoshimatsu, ya que "representa uno de los más conocidos entre estos óxidos".

Las películas delgadas son epitaxiales, lo que significa que tienen una estructura cristalina bien alineada (ver Figura 1). "Son extremadamente difíciles de cultivar, "dice Yoshimatsu." En nuestro estudio, en lugar de utilizar TiO2 convencional como material de partida, Elegimos comenzar con el Ti ligeramente más reducido. ₂ O ₃ ." Luego, en condiciones atmosféricas controladas con precisión, el ti ₄ O ₇ y las películas de γ-Ti3O5 se hicieron crecer capa por capa sobre sustratos de zafiro en un proceso llamado deposición por láser pulsado.

Para verificar las estructuras cristalinas de las películas, el equipo colaboró ​​con investigadores del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales (NIMS) que utilizaron técnicas de caracterización como la difracción de rayos X (XRD) utilizando radiación de sincrotrón en SPring-8, una de las instalaciones más grandes del mundo de este tipo ubicada en la prefectura de Hyogo, Japón occidental.

Todavía, nadie sabe exactamente cómo surge la superconductividad en estos óxidos de titanio. Se cree que la disposición irregular (o lo que se conoce como no estequiométrica) de los átomos de oxígeno juega un factor importante. Esta disposición introduce vacantes de oxígeno1 que no son estables a granel. Al crear suficientes electrones conductores, las vacantes de oxígeno pueden ayudar a inducir la superconductividad.

Yoshimatsu dice que se necesitará más trabajo para examinar los mecanismos subyacentes. Como los óxidos de titanio son compuestos baratos y relativamente simples hechos de solo dos tipos de elementos, agrega que son atractivos para futuras investigaciones.

Además, él dice que el estudio puede avanzar en el desarrollo de uniones Josephson2 que podrían usarse en el futuro para construir nuevos tipos de circuitos electrónicos y, por último, computadoras más rápidas.