Nuevo material superconductor con propiedades excepcionales, que podría utilizarse en computación cuántica

Un equipo de científicos de los Institutos Universitarios de Nanociencia (INA) y de Ciencia de Materiales de Aragón (ICMA, CSIC-Universidad de Zaragoza) han creado un nuevo material superconductor con propiedades excepcionales para poder ser utilizado en computación cuántica u otras tecnologías. La revista Nature Physics publica el estudio, elaborado en colaboración con físicos de la Universidad Autónoma de Madrid.

Este material ha sido fabricado en las instalaciones del Laboratorio de Microscopias Avanzadas (LMA) situado en el Instituto Universitario de Investigación en Nanociencia de Aragón de la Universidad de Zaragoza.

El fenómeno de la superconductividad constituye el paradigma de la humanidad para optimizar el transporte eléctrico, almacenar la energía y realizar computación cuántica. Un material superconductor no presenta resistencia eléctrica al paso de la corriente eléctrica. “Si se pudiesen sustituir todas las redes de transporte eléctrico basadas en cables de cobre por cables superconductores se ahorraría más del 10% de energía, dado que el cobre presenta resistencia al paso de la corriente y disipa energía que se pierde en forma de calor”, destaca Ricardo Ibarra, director del INA y coautor de la investigación.

Además, un material superconductor no deja penetrar el campo magnético, por lo que si se coloca un tornillo de hierro sobre un superconductor, dicho tornillo flotará sobre el superconductor. Este fenómeno de ‘levitación magnética’ se aplica para evitar el rozamiento y conseguir desplazamientos de alta velocidad como es el caso del tren de levitación magnética. La dificultad de la aplicación de estos materiales reside en que dicha propiedad aparece a temperaturas de 270 ºC bajo cero, es decir cerca del cero absoluto, siendo necesario refrigerar con helio líquido.

En algunos superconductores (llamados tipo II), el campo magnético puede penetrar en ciertas regiones formando canales llamados ‘vórtices’. Estos forman, bajo determinadas condiciones, redes hexagonales ordenadas. El control del grado de orden de estas redes de vórtices en materiales superconductores ha sido un reto científico desde su descubrimiento y constituye un escenario muy adecuado para la verificación de leyes físicas, predichas hace años pero no observadas hasta el momento.

La superficie de este nuevo material superconductor presenta un relieve con una concatenación de hileras de tamaño nanométrico. Se ha fabricado utilizando un microscopio de haces focalizados de iones, que permiten depositar el material superconductor a partir de un precursor gaseoso organometálico que contiene wolframio.

Los físicos han logrado controlar el grado de orden de la red de vórtices, mediante este relieve tallado a escala de un nanómetro. Este tipo de desorden limita la funcionalidad de algunos dispositivos y su control es esencial para avanzar en el campo de los ordenadores cuánticos.

El trabajo plantea que cuando la causa del desorden presenta un patrón (en este caso siguiendo líneas), la red de vórtices se desordena con más dificultad que cuando el desorden es aleatorio. Este resultado abre las puertas a que se mejoren las propiedades de los materiales, controlando la forma en la que se dispone su inevitable desorden.

Referencia bibliográfica:

I. Guillamón, R. Córdoba, J. Sesé, J.M. De Teresa, M.R. Ibarra, S. Vieira y H. Suderow.  “Enhancement of long range correlations in a 2D vortex lattice by incommensurate 1D disorder potential” Nature Physics, 2014. DOI:10.1038/nphys3132, 26 de octubre de 2014.

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