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Hacer realidad los dispositivos de fase cuántica

Un grupo de jóvenes investigadores en los Países Bajos está trabajando en una iniciativa para controlar la transición a la fase cuántica en dispositivos electrónicos.

Investigación fundamental

Los superconductores, el ferromagnetismo y las ondas de densidad de carga son estados cuánticos que podrían mejorar el funcionamiento de los dispositivos electrónicos. Sin embargo, para lograrlo es necesario desarrollar transistores capaces de controlar esos estados cuánticos. Aunque ya hace algún tiempo que se han estado empleando transistores diseñados con ese fin, se trata de dispositivos que funcionan con electroquímica, así que no son muy eficaces. Por eso estos componentes nunca han pasado de la fase de demostración y han acabado prácticamente olvidados. Sin embargo, Justin Ye, un investigador de la Universidad de Groninga (Países Bajos), opina que estos diseños podrían contener la clave para el desarrollo de transistores con compatibilidad cuántica. Con el apoyo del proyecto Ig-QPD (Ion-gated Interfaces for Quantum Phase Devices), financiado con fondos europeos, Ye ha rescatado estos diseños originales y ha empezado a reconstruirlos. Ye observa: «En cierto sentido, este proyecto funciona a la inversa. Hemos tomado el diseño original del transistor, que funciona por electroquímica, y hemos utilizado la apertura y el cierre de los canales iónicos para demostrar cómo podría transformarse en un superconductor». Como resultado, el proyecto ha logrado avanzar el estado actual de la tecnología capaz de inducir y controlar la fase cuántica mediante el efecto de campo. Además de eso, el equipo también aplicó las fases cuánticas controladas como funciones electrónicas para dispositivos electrónicos.

Control de la transición a la fase cuántica

El objetivo principal del proyecto Ig-QPD era controlar eficazmente la transición a la fase cuántica en dispositivos electrónicos. Con ese fin, los investigadores construyeron dispositivos utilizando transistores con apertura y cierre de los canales cuánticos. «Esto nos permite alcanzar la capacidad necesaria para provocar la fase cuántica, como la superconductividad», indica Ye. El doctor Ye explica que la superconductividad se refiere al movimiento de una carga a través de un material sin encontrar resistencia. Gracias a eso, la energía eléctrica se puede transferir entre dos puntos con una eficiencia perfecta y sin ninguna pérdida en forma de calor. Este método también permite que los investigadores mezclen diferentes propiedades de la fase cuántica. Ye añade: «Por ejemplo, al usar un líquido iónico magnético, podemos controlar el ferromagnetismo». Según Ye, el equipo logró desarrollar una interfaz ajustable y de gran eficiencia con una activación y una inactivación controladas por el movimiento de los iones. Esto se podría utilizar como una plataforma para nuevos dispositivos electrónicos, ya que sería posible usar el efecto de campo para controlar las transiciones a la fase cuántica. El equipo también trabajó en una amplia gama de materiales 2D, lo que incluye los dicalcogenuros de metales de transición. En este ámbito, los investigadores descubrieron la llamada superconductividad Ising en el disulfuro de molibdeno (MoS2), quizá el estado más resistente frente a un campo magnético.

Una excelente impresión

Aunque el proyecto aún está en curso, ya ha logrado causar una excelente impresión en el mundo científico. «Nuestro trabajo representa un campo de investigación nuevo y apasionante que está captando la atención de grupos de investigación de todo el mundo», observa Ye. «Prueba de ello son las numerosas e importantes revistas científicas que han publicado nuestros descubrimientos sobre el dispositivo de fase cuántica». El proyecto también permitió apoyar la investigación de seis doctorandos y dos estudiantes de posdoctorado. Desde entonces, dos de los doctorandos se han graduado y los estudiantes de posdoctorado han encontrado trabajo académico en un campo relacionado. «El proyecto lg-QPD ha aportado una investigación revolucionaria, pero también ha colaborado en la formación y el crecimiento profesional de estos jóvenes científicos que representan el futuro de los dispositivos de fase cuántica», concluye Ye.

Palabras clave

Ig-QPD, dispositivo de fase cuántica, transición a la fase cuántica, dispositivos electrónicos, superconductores, estados cuánticos, transistores, electroquímica, efecto de campo

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