En un estudio publicado en Nano Letters , los investigadores han demostrado una nueva técnica para medir las excitaciones cuánticas en materiales superconductores con precisión atómica por primera vez. Detectar estas excitaciones es un paso importante para comprender los superconductores exóticos, lo que podría ayudarnos a mejorar las computadoras cuánticas y tal vez incluso allanar el camino hacia los superconductores a temperatura ambiente.

Los superconductores son materiales que no tienen ningún tipo de resistencia eléctrica, por lo que normalmente requieren temperaturas extremadamente bajas. Se utilizan en una amplia gama de dominios, desde aplicaciones médicas hasta un papel central en las computadoras cuánticas. La superconductividad es causada por pares de electrones especialmente enlazados conocidos como pares de Cooper. Hasta ahora, la aparición de pares de Cooper se ha medido indirectamente macroscópicamente a granel, pero una nueva técnica desarrollada por investigadores de la Universidad Aalto y los Laboratorios Nacionales de Oak Ridge en EE. UU. puede detectar su aparición con precisión atómica.

Los experimentos fueron realizados por Wonhee Ko y Petro Maksymovych en el Laboratorio Nacional de Oak Ridge, con el apoyo teórico del profesor José Lado de la Universidad Aalto. Los electrones pueden hacer un "túnel cuántico" a través de las barreras de energía, saltando de un sistema a otro a través del espacio de una manera que no se puede explicar con la física clásica. Por ejemplo, si un electrón se empareja con otro electrón justo en el punto donde se encuentran un metal y un superconductor, podría formar un par de Cooper que ingresa al superconductor y al mismo tiempo "retrocede" otro tipo de partícula hacia el metal en un proceso conocido como Andreev. reflexión. Los investigadores buscaron estos reflejos de Andreev para detectar pares de Cooper.

Para ello, midieron la corriente eléctrica entre una punta metálica atómicamente afilada y un superconductor, así como la dependencia de la corriente de la separación entre la punta y el superconductor. Esto les permitió detectar la cantidad de reflexión de Andreev que regresa al superconductor, manteniendo una resolución de imagen comparable a la de los átomos individuales. Los resultados del experimento correspondieron exactamente al modelo teórico de Lado.

Esta detección experimental de pares de Cooper a escala atómica proporciona un método completamente nuevo para comprender los materiales cuánticos. Por primera vez, los investigadores pueden determinar de forma única cómo se reconstruyen las funciones de onda de los pares de Cooper a escala atómica y cómo interactúan con las impurezas a escala atómica y otros obstáculos.

"Esta técnica establece una nueva metodología crítica para comprender la estructura cuántica interna de tipos exóticos de superconductores conocidos como superconductores no convencionales, lo que nos permite abordar una variedad de problemas abiertos en materiales cuánticos", dice Lado. Los superconductores no convencionales son un bloque de construcción fundamental potencial para las computadoras cuánticas y podrían proporcionar una plataforma para lograr la superconductividad a temperatura ambiente. Los pares de Cooper tienen estructuras internas únicas en superconductores no convencionales que hasta ahora han sido difíciles de entender.

Este descubrimiento permite el sondeo directo del estado de los pares de Cooper en superconductores no convencionales, estableciendo una nueva técnica crítica para toda una familia de materiales cuánticos. Representa un gran paso adelante en nuestra comprensión de los materiales cuánticos y ayuda a impulsar el trabajo de desarrollo de tecnologías cuánticas. + Explora más

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