La superconductividad es un estado de conductividad eléctrica perfecta que exhiben ciertos materiales, llamados superconductores, cuando se enfrían por debajo de una temperatura crítica característica. Por debajo de la temperatura crítica, la resistencia eléctrica de un superconductor cae exactamente a cero y puede conducir una corriente eléctrica sin pérdidas (siempre que la corriente no supere un valor crítico). Este fenómeno es la piedra angular de muchas tecnologías modernas, como los potentes imanes, los detectores de campos magnéticos ultrasensibles (SQUID) y los dispositivos digitales de alta velocidad.
Durante las últimas dos décadas se han estudiado activamente los nanocables individuales (cables con dimensiones del orden de milmillonésimas de metro) fabricados a partir de superconductores. Cuando se utilizan superconductores a escalas tan minúsculas, se pueden observar fenómenos cuánticos exóticos que no existen en los materiales a granel. Por ejemplo, se predijo teóricamente que los nanocables individuales sufrirían transiciones de fase cuántica, el cambio en el estado del material impulsado por fluctuaciones cuánticas, no por la temperatura. Desafortunadamente, estas predicciones siguieron siendo indirectas porque hasta hace poco no existía ninguna herramienta que permitiera la observación directa de la superconductividad y las transiciones de fase cuánticas en nanocables individuales.
"En nuestro trabajo anterior, publicado el año pasado en Nature Communications, desarrollamos una técnica experimental que utiliza microondas para inducir y detectar superconductividad en nanocables. Esta técnica es única y nos permite por primera vez no solo decir si un nanocables individual muestra superconductividad o no, sino también para observar directamente varios rasgos característicos de los nanocables superconductores, incluido el estado libre de resistencia, la corriente crítica, la brecha de energía, etc. Ahora hemos mejorado aún más nuestra técnica para alcanzar la sensibilidad que permite la observación directa de. el efecto de un campo magnético externo en un solo nanocable superconductor", explica Evgeny Mishchenko, científico investigador principal del Laboratorio de Materiales y Dispositivos Cuánticos del Centro Skoltech de Ciencia y Tecnología Cuánticas.
Los científicos tomaron nanocables individuales hechos de aluminio (un superconductor común) y utilizaron su técnica para aplicar y detectar simultáneamente una corriente eléctrica a lo largo de los nanocables. Luego expusieron los nanocables a un campo magnético externo y observaron directamente la aparición y evolución del estado libre de resistencia. Revelaron la intrincada evolución del estado libre de resistencia en función de la intensidad del campo magnético, que la teoría explica.
"Hemos estado trabajando para perfeccionar esta técnica durante casi una década, y estoy muy emocionado de que finalmente nos permita explorar y comprender directamente la física básica detrás del funcionamiento de dispositivos superconductores a nanoescala", dice Alexander Golubov, profesor de Skoltech. y el jefe del Laboratorio de Materiales y Dispositivos Cuánticos.
Los científicos enfatizan que un mayor desarrollo de la técnica puede allanar el camino hacia la realización práctica de tecnologías de computación y comunicación cuánticas basadas en nanocables superconductores individuales. Por ejemplo, se cree que la transición de fase cuántica observada es muy prometedora para la realización de los llamados fermiones de Majorana, que se consideran los candidatos más viables para los qubits en la computación cuántica topológica.
