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Un equipo internacional que incluye investigadores de la Universidad de Würzburg ha logrado crear un estado especial de superconductividad. El descubrimiento podría promover el desarrollo de computadoras cuánticas.
Los superconductores son materiales que pueden conducir electricidad sin resistencia eléctrica, lo que los convierte en el material base ideal para componentes electrónicos en máquinas de resonancia magnética, trenes de levitación magnética e incluso aceleradores de partículas. Sin embargo, los superconductores convencionales son fácilmente perturbados por el magnetismo. Un grupo internacional de investigadores ha logrado construir un dispositivo híbrido que consiste en un superconductor estabilizado por proximidad mejorado por el magnetismo y cuya función puede ser controlada específicamente.
Soporte de muestra para medidas a milikelvin (-273º C). Crédito de la imagen: Mandal/JMU, expandido lateralmente con Firefly. Universidad de Würzburg. Haga clic en el enlace del comunicado de prensa para ver la imagen completa.
Combina el superconductor con un material semiconductor especial conocido como aislante topológico. "Los aislantes topológicos son materiales que conducen electricidad en su superficie pero no en su interior. Esto se debe a su estructura topológica única, es decir, el arreglo especial de los electrones", explicó el profesor Charles Gould, físico del Instituto de Aislantes Topológicos de la Universidad de Würzburg (JMU). "Lo emocionante es que podemos equipar aislantes topológicos con átomos magnéticos para que puedan ser controlados por un imán."
Los superconductores y aislantes topológicos se acoplaron para formar una llamada unión Josephson, una conexión entre dos superconductores separados por una fina capa de material no superconductor. "Esto nos permitió combinar las propiedades de la superconductividad y los semiconductores", dijo Gould. "Así que combinamos las ventajas de un superconductor con la controlabilidad del aislante topológico. Usando un campo magnético externo, ahora podemos controlar precisamente las propiedades superconductoras. ¡Este es un verdadero avance en la física cuántica!"
La Superconductividad se Encuentra con el Magnetismo
La combinación especial crea un estado exótico en el que la superconductividad y el magnetismo se combinan, normalmente estos son fenómenos opuestos que rara vez coexisten. Esto se conoce como el estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov inducido por proximidad (p-FFLO). El nuevo "superconductor con función de control" podría ser importante para aplicaciones prácticas, como el desarrollo de computadoras cuánticas. A diferencia de las computadoras convencionales, las computadoras cuánticas se basan no en bits sino en bits cuánticos (qubits), que pueden asumir no solo dos, sino varios estados simultáneamente.
"El problema es que los bits cuánticos son actualmente muy inestables porque son extremadamente sensibles a influencias externas, como campos eléctricos o magnéticos", explicó el físico Gould. "Nuestro descubrimiento podría ayudar a estabilizar los bits cuánticos para que se puedan utilizar en computadoras cuánticas en el futuro."
Equipo Internacional de Investigación Cuántica
La investigación experimental fue realizada por un equipo de la Cátedra de Física Experimental III del Profesor Laurens W. Molenkamp en Würzburg. Se llevó a cabo en estrecha colaboración con expertos teóricos del grupo del Profesor F. Sebastian Bergeret del Centro de Física de Materiales (CFM) en San Sebastián, España, y el Profesor Teun M. Klapwijk de la Universidad Tecnológica de Delft en los Países Bajos.
El grupo de investigación internacional fue financiado por el Cluster de Excelencia ct.qmat (Complejidad y Topología en Materiales Cuánticos), la Fundación Alemana de Investigación (DFG), el Estado Libre de Baviera, la Agencia Estatal de Investigación de España (AEI), el programa de investigación europeo Horizonte 2020 y el Programa de Subvenciones Avanzadas de la UE ERC.
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Esto responde en parte a una de las preguntas que los observadores interesados han tenido durante años sobre el campo magnético natural alrededor de un superconductor energizado. No es una gran sorpresa que un campo magnético intrusivo cause problemas en un superconductor. Sin embargo, también es una gran sorpresa que la tecnología prospectiva ya esté tomando forma.
Algún día, parece que el problema de la temperatura será el único importante que quedará.
Por Brian Westenhaus via New Energy and Fuel
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