Las propiedades de los superconductores de alta temperatura se pueden adaptar mediante la introducción de defectos artificiales. Un equipo de investigación internacional en torno al físico Wolfgang Lang de la Universidad de Viena ha logrado producir las matrices nano complejas más densas del mundo para anclar los cuantos de flujo, los fluxons. Esto se logró irradiando el superconductor con un microscopio de iones de helio en la Universidad de Tübingen, una tecnología que ha estado disponible recientemente. Los investigadores se inspiraron en un arte tradicional japonés de tejido de cestas. Los resultados se han publicado recientemente en Nano materiales aplicados por ACS , una revista de la reconocida American Chemical Society.

Los superconductores pueden transportar electricidad sin pérdida si se enfrían por debajo de cierta temperatura crítica. Sin embargo, los superconductores puros no son adecuados para la mayoría de las aplicaciones técnicas, pero solo después de la introducción controlada de defectos. Principalmente, estos se distribuyen aleatoriamente, pero hoy en día la disposición periódica personalizada de tales defectos se vuelve cada vez más importante.

Trampas y jaulas para objetos cuánticos magnéticos en superconductores

Un campo magnético solo puede penetrar en porciones cuantificadas en un superconductor, los llamados fluxons. Si la superconductividad se destruye en regiones muy pequeñas, los fluxons están anclados exactamente en estos lugares. Con series periódicas de tales defectos, se pueden generar "cristales fluxon" bidimensionales, que son un sistema modelo para muchas investigaciones interesantes. Los defectos sirven como trampas para los fluxones y mediante la variación de parámetros fácilmente accesibles se pueden investigar numerosos efectos. "Sin embargo, es necesario realizar arreglos de defectos muy densos para que los fluxones puedan interactuar entre sí, idealmente a distancias inferiores a 100 nanómetros, que es mil veces más pequeño que el diámetro de un cabello, "explica Bernd Aichner de la Universidad de Viena.

Particularmente interesantes para los investigadores son los complejos arreglos periódicos, como el patrón de defecto cuasi-kagomé investigado en el estudio actual, que se inspiró en un arte tradicional japonés de tejido de cestas. Las rayas de bambú del patrón de kagomé son reemplazadas por una cadena de defectos con separaciones de 70 nanómetros. La peculiaridad de esta nanoestructura artificial es que no solo se puede anclar un fluxon por defecto, pero se forman cadenas de flujo aproximadamente circulares, que a su vez mantienen un fluxon todavía libre atrapado en medio de ellos. Tales jaulas de fluxon se basan en la repulsión mutua de fluxons y pueden abrirse o bloquearse cambiando el campo magnético externo. Por lo tanto, se consideran un concepto prometedor para la realización de circuitos superconductores rápidos y de bajas pérdidas con fluxones.

Nanoestructuración de superconductores de alta temperatura con el microscopio de iones de helio

Esta investigación ha sido posible gracias a un dispositivo novedoso de la Universidad de Tübingen:el microscopio de iones de helio. Aunque tiene un principio de funcionamiento similar al del microscopio electrónico de barrido, el microscopio de iones de helio ofrece una resolución y profundidad de campo incomparables debido a la longitud de onda mucho más pequeña de los iones de helio. "Con un microscopio de iones de helio, las propiedades superconductoras se pueden adaptar sin quitar o destruir el material, lo que nos permite producir matrices de fluxon en superconductores de alta temperatura con una densidad inigualable en todo el mundo, ", enfatiza Dieter Koelle de la Universidad Eberhard Karls de Tübingen. Los científicos ahora planean desarrollar más el método para estructuras aún más pequeñas y probar varios conceptos propuestos teóricamente para circuitos de fluxon.