Los investigadores de EPFL han creado un microdispositivo metálico en el que pueden definir y ajustar patrones de superconductividad. Su descubrimiento, que es una gran promesa para las tecnologías cuánticas del futuro, acaba de ser publicado en Ciencias .

En superconductores, los electrones viajan sin resistencia. Este fenómeno actualmente solo ocurre a muy bajas temperaturas. Hay muchas aplicaciones prácticas, como la resonancia magnética (MRI). Tecnologías futuras, sin embargo, aprovechará la sincronía total del comportamiento electrónico en los superconductores, una propiedad llamada fase. Actualmente hay una carrera para construir la primera computadora cuántica del mundo, que utilizará fases para realizar cálculos. Los superconductores convencionales son muy robustos y difíciles de influir, y el desafío es encontrar nuevos materiales en los que el estado superconductor pueda manipularse fácilmente en un dispositivo.

Laboratorio de Materiales Cuánticos de EPFL (QMAT), encabezada por Philip Moll, ha estado trabajando en un grupo específico de superconductores no convencionales conocidos como materiales de fermiones pesados. Los científicos de QMAT, como parte de una amplia colaboración internacional entre EPFL, el Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos, el Laboratorio Nacional de Los Alamos y la Universidad de Cornell, hizo un descubrimiento sorprendente sobre uno de estos materiales, CeIrIn ₅ .

CeIrIn ₅ es un metal que se superconduce a muy baja temperatura, sólo 0,4 ° C por encima del cero absoluto (alrededor de -273 ° C). Los científicos de QMAT, junto con Katja C. Nowack de la Universidad de Cornell, ahora han demostrado que este material podría producirse con regiones superconductoras coexistiendo junto con regiones en un estado metálico normal. Mejor aún, Produjeron un modelo que permite a los investigadores diseñar patrones de conducción complejos y, variando la temperatura, para distribuirlos dentro del material de forma muy controlada. Su investigación acaba de ser publicada en Ciencias .

Para lograr esta hazaña, los científicos cortaron capas muy delgadas de CeIrIn ₅ —Sólo alrededor de una milésima de milímetro de espesor— que se unieron a un sustrato de zafiro. Cuando se enfría, el material se contrae significativamente mientras que el zafiro se contrae muy poco. La interacción resultante pone estrés en el material, como si lo tiraran en todas direcciones, distorsionando así ligeramente los enlaces atómicos en el corte. Como la superconductividad en CeIrIn ₅ es inusualmente sensible a la configuración atómica exacta del material, diseñar un patrón de distorsión es todo lo que se necesita para lograr un patrón complejo de superconductividad. Este nuevo enfoque permite a los investigadores "dibujar" circuitos superconductores en una barra de cristal simple, un paso que allana el camino para las nuevas tecnologías cuánticas.

Este descubrimiento representa un gran paso adelante en el control de la superconductividad en materiales de fermiones pesados. Pero ese no es el final de la historia. Siguiendo con este proyecto, un investigador postdoctoral acaba de comenzar a explorar posibles aplicaciones tecnológicas.

"Pudimos, por ejemplo, cambiar las regiones de superconductividad modificando la distorsión del material usando un microaccionador, ", dice Moll." La capacidad de aislar y conectar regiones superconductoras en un chip también podría crear una especie de interruptor para futuras tecnologías cuánticas, un poco como los transistores que se utilizan en la informática actual ".