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Un salto cuántico hacia los diodos superconductores

Un grupo de investigadores ha descubierto la manera de formar diodos a partir de superconductores. Estos nuevos dispositivos, los cuales funcionan a temperaturas mucho más bajas que los diodos semiconductores, podrían utilizarse en tecnologías cuánticas.

Investigación fundamental

Un equipo internacional de investigadores ha demostrado cómo una heteroestructura formada por superconductores e imanes se puede utilizar para crear una corriente que solo fluya en una dirección, como se observa en los diodos semiconductores. En su estudio, con el apoyo de los proyectos financiados con fondos europeos SUPERTED, TERASEC, SuperGate y SuperCONtacts, los científicos demostraron que los nuevos diodos superconductores funcionan a temperaturas notablemente inferiores que sus homólogos semiconductores, lo cual los convierte en tecnologías cuánticas útiles. Los diodos son componentes electrónicos que permiten a la corriente eléctrica fluir solo hacia una dirección, a la vez que la bloquean hacia la dirección contraria. Se pueden encontrar en muchos dispositivos que utilizamos en la actualidad, como receptores de radio, sensores de temperatura y células fotovoltaicas. Esos diodos se basan en las propiedades eléctricas de los sistemas semiconductores. Sin embargo, debido a su gran separación energética, los semiconductores no funcionan a las temperaturas subkelvin extremadamente bajas necesarias para la electrónica criogénica y la detección ultrasensible, o dicho de otro modo, para las futuras tecnologías cuánticas. La separación energética de un semiconductor es la energía mínima necesaria para excitar un electrón atrapado en su estado de unión (es decir, unido a un átomo) y liberarlo, para que pueda conducir la corriente eléctrica. En comparación con los semiconductores, los superconductores tienen una separación energética menor. Esto, y su impedancia intrínsecamente baja, convierte a los superconductores en candidatos idóneos para utilizarlos en diodos criogénicos.

Romper la simetría

Sin embargo, tal y como se explica en una noticia publicada en «Mirage News», aunque hace décadas que los científicos conocían la existencia de esa separación, no habían observado «la característica similar al diodo». Esto se debe a que la creación de un diodo superconductor requiere romper lo que se denomina «la simetría electrón-hueco»: la simetría habitualmente robusta que define las características de intensidad-voltaje del contacto metálico del superconductor. Ahora, los investigadores muestran cómo se puede romper esta simetría utilizando un aislante ferromagnético colocado adecuadamente en la unión, lo que allana el camino para que las tecnologías cuánticas basadas en materiales superconductores funcionen a temperaturas ultrabajas. «Creo que este hallazgo resulta prometedor para diversas labores en la tecnología cuántica, como la rectificación o la limitación de corriente», señala el doctor Francesco Giazotto, autor principal del estudio del Consiglio Nazionale delle Ricerche (CNR) en Italia, entidad socia de los proyectos SUPERTED y SuperGate, así como anfitriona y coordinadora de los proyectos TERASEC y SuperCONtacts. Giazotto es un investigador del Istituto Nanoscienze (NANO) del CNR. El doctor Elia Strambini, autor principal en el NANO del CNR, describe la funcionalidad del diodo como una «agradable sorpresa, una consecuencia de la caracterización exhaustiva de las muestras de SUPERTED». El científico de investigación fue quien realizó el descubrimiento inicial. «Este hallazgo mostró el poder de la colaboración entre diferentes tipos de investigadores, desde la ciencia de los materiales hasta la teoría y la electrónica superconductora», destaca el catedrático Tero Heikkilä, coautor del estudio de la Universidad de Jyväskylä en Finlandia, entidad coordinadora del proyecto SUPERTED (Thermoelectric detector based on superconductor-ferromagnet heterostructures). «Sin el respaldo europeo no se hubiese producido dicha colaboración». Aunque principalmente recibe el apoyo de SUPERTED, la investigación también fue parcialmente financiada por los proyectos TERASEC (THz imaging technology for public security), SuperGate (Gate Tuneable Superconducting Quantum Electronics) y SuperCONtacts (Solid state diffusion for atomically sharp interfaces in semiconductor-superconductor hybrid structures). El estudio se ha publicado en la revista «Nature Communications». Para más información, consulte: Sitio web del proyecto SUPERTED Proyecto TERASEC Proyecto SuperGate Proyecto SuperCONtacts

Palabras clave

SUPERTED, TERASEC, SuperGate, SuperCONtacts, superconductor, diodo, cuántico, semiconductor, corriente

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