La superconductividad continúa revolucionando la tecnología de muchas maneras. Si bien algunos avances tecnológicos se basan en encontrar formas de fomentar corrientes de resistencia cero a temperaturas más cálidas, los ingenieros también están considerando mejores formas de controlar con precisión el flujo súper eficiente de electrones.
Desafortunadamente, muchos procesos que funcionarían bien para la electrónica común y corriente, como la aplicación de campos magnéticos externos, corren el riesgo de interferir con las propiedades que hacen que los superconductores sean tan eficientes.
Un equipo internacional de científicos ha logrado confinar un estado exótico de superconductividad que está controlado por un fuerte magnetismo en lugar de perturbado por él.
Aquí, los investigadores pudieron superar esto utilizando un aislante topológico: un material semiconductor que conduce electricidad en su superficie, pero no en su interior, debido a la forma en que están dispuestos los electrones en su interior.
“Lo interesante es que podemos equipar aisladores topológicos con átomos magnéticos para que puedan ser controlados por un imán”. dice el físico Charles Gould, de la Universidad de Würzburg en Alemania.
El equipo creó un aislante topológico bidimensional a partir de mercurio, manganeso y telurio. Esto les permitió inducir electrones en una disposición exótica llamada inducción por proximidad. Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov (FFLO), donde los pares de electrones asistidos por cuánticos que permiten que las corrientes fluyan sin resistencia se alteran de una manera que los abre a la manipulación.
De esta forma, el dispositivo podría funcionar como un cruce de josephsonun componente de los circuitos superconductores donde las partes superconductoras están separadas por una fina capa de un material no superconductor.
Si bien el estado FFLO se ha observado en materiales superconductores como una propiedad masiva, limitarlo a una unión Josephson de tal manera que pueda controlarse permite a los físicos estudiar el fenómeno con mayor detalle y desarrollar tecnología que podría gestionar mejor los sistemas superconductores.
“Combinamos las ventajas de un superconductor con la controlabilidad del aislante topológico”, dice Gould.
“Ahora podemos controlar con precisión las propiedades superconductoras mediante un campo magnético externo. Se trata de un verdadero avance en la física cuántica”.
Como siempre, una comprensión más profunda de los fenómenos físicos, como la interacción entre la superconductividad y el magnetismo, tiene el potencial de conducir a aplicaciones más innovadoras.
La superconductividad ya se utiliza de diversas formas, desde componentes dentro de máquinas de resonancia magnética (MRI) hasta trenes maglev que flotan sobre las vías (otro ejemplo de la relación dinámica entre superconductores e imanes).
En el futuro, los hallazgos aquí presentados podrían conducir al desarrollo de superconductores adaptados para tareas y propósitos específicos. Un ejemplo dado por los investigadores es la computación cuántica, donde el control de los electrones y la resistencia a las interferencias externas son cruciales para la funcionalidad.
“El problema es que los bits cuánticos son actualmente muy inestables porque son extremadamente sensibles a influencias externas, como campos eléctricos o magnéticos”, dice Gould.
“Nuestro descubrimiento podría ayudar a estabilizar los bits cuánticos para que puedan utilizarse en ordenadores cuánticos en el futuro”.
La investigación ha sido publicada en Física de la naturaleza.