(a) Cambio en la resistencia de la hoja (resistividad eléctrica por unidad de área de superficie del material), un indicador de una transición superconductora, como función de la temperatura y el campo magnético. (b) Cambio en el campo magnético crítico medido con múltiples muestras en función de la temperatura. Los campos magnéticos críticos paralelos a las superficies de las muestras excedieron el valor teórico generalmente aceptado (5,5-5,8 T). Se espera que alcancen 16-20 T a la temperatura del cero absoluto. Los campos magnéticos críticos verticales a las superficies de las muestras también se muestran para comparar (escalados por un factor de 10 para mayor claridad). Crédito:NIMS
Se sabe que la superconductividad se destruye fácilmente con fuertes campos magnéticos. NIMS, La Universidad de Osaka y la Universidad de Hokkaido han descubierto conjuntamente que un superconductor con un espesor de escala atómica puede retener su superconductividad incluso cuando se le aplica un fuerte campo magnético. El equipo también ha identificado un nuevo mecanismo detrás de este fenómeno. Estos resultados pueden facilitar el desarrollo de materiales superconductores resistentes a campos magnéticos y superconductores topológicos compuestos de materiales superconductores y magnéticos.
La superconductividad se ha utilizado en diversas tecnologías, como la resonancia magnética (MRI) y los sensores magnéticos de alta sensibilidad. Superconductores topológicos, un tipo especial de superconductor, han atraído una gran atención en los últimos años. Son capaces de retener información cuántica durante mucho tiempo y se pueden usar en combinación con materiales magnéticos para formar qubits que pueden permitir que las computadoras cuánticas realicen cálculos muy complejos. Sin embargo, la superconductividad se destruye fácilmente por campos magnéticos fuertes o materiales magnéticos en las proximidades. Por tanto, es deseable desarrollar un material superconductor topológico resistente a los campos magnéticos.
El equipo de investigación fabricó recientemente películas cristalinas de indio, un material superconductor común, con espesor de escala atómica. Luego, el equipo descubrió un nuevo mecanismo que evita que la superconductividad de estas películas sea destruida por un fuerte campo magnético. Cuando se aplica un campo magnético a un material superconductor, el campo magnético interactúa con los espines de los electrones. Hace que la energía electrónica del material cambie y destruye su superconductividad. Sin embargo, cuando un material superconductor se adelgaza a una capa atómica bidimensional, el espín y el impulso de los electrones en la capa están acoplados, haciendo que los espines de los electrones giren con frecuencia. Esto compensa el efecto de los cambios en la energía electrónica inducidos por el campo magnético y así preserva la superconductividad. Este mecanismo puede mejorar el campo magnético crítico, la fuerza máxima del campo magnético por encima de la cual desaparece la superconductividad, hasta 16-20 Tesla, que es aproximadamente el triple del valor teórico generalmente aceptado. Se espera que tenga una amplia gama de aplicaciones como se observó para un material superconductor ordinario y no requiere estructuras cristalinas especiales ni correlaciones electrónicas fuertes.
Basado en estos resultados, Planeamos desarrollar películas delgadas superconductoras capaces de resistir campos magnéticos aún más fuertes. También pretendemos crear un dispositivo híbrido compuesto de materiales superconductores y magnéticos que se necesita para el desarrollo de superconductores topológicos:un componente vital en las computadoras cuánticas de próxima generación.
