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Hacia los dispositivos cuánticos superconductores

Varios científicos europeos y japoneses han trabajado juntos para ampliar el conocimiento de las propiedades fundamentales de los superconductores a base de hierro. La investigación y el trabajo experimental realizados abonan el terreno para crear nuevos dispositivos electrónicos.
Hacia los dispositivos cuánticos superconductores
Hace unos cien años, un físico neerlandés enfrió el mercurio hasta una temperatura próxima al cero absoluto, teóricamente la temperatura más baja que se puede lograr. Sin esperarlo, descubrió que la resistencia había desaparecido, con lo cual demostró la existencia de la superconductividad por primera vez. Desde entonces se han descubierto numerosos materiales superconductores, tanto metales como óxidos, aunque quedan muchos misterios de la superconductividad por resolver.

Los superconductores más recientes son los basados en hierro, que abren las puertas a una física apasionante y a otras posibles aplicaciones sin necesidad de superenfriamiento. Hasta la fecha, estos materiales se han estudiado en forma masiva y policristalina debido a las dificultades para obtenerlos en forma de láminas delgadas. Los socios de un grupo que había trabajado con éxito recientemente en el crecimiento de láminas superconductoras a base de hierro unieron fuerzas en el marco del proyecto IRON-SEA (Establishing the basic science and technology for iron-based superconducting electronics applications), financiado por la Unión Europea, con el fin de establecer las bases científicas para obtener nuevos dispositivos y aplicaciones.

Para crear dispositivos sofisticados se necesitan láminas delgadas epitaxiales de alta calidad. Los materiales superconductores apilados en capas cuidadosamente son cada vez más importantes para los dispositivos superconductores de interferencia cuántica (SQUID) que se podrían utilizar para la computación cuántica. Los científicos trabajaron en la optimización y determinación de las condiciones de crecimiento de todas las láminas superconductoras a base de hierro estudiadas utilizando el depósito mediante láser pulsado y la epitaxia con haces moleculares.

Otro elemento importante para desarrollar dispositivos nuevos es una tecnología adecuada para el grabado con alta resolución. Los científicos lograron desarrollar un método de fotolitografía para el grabado preciso de láminas delgadas de materiales superconductores a base de hierro.

Después de desarrollar con éxito uniones túnel superconductoras (STJ), los científicos hallaron que los materiales más adecuados como barreras aislantes en las uniones para fabricar dispositivos eran los óxidos de titanio y de aluminio. Se optimizó una amplia variedad de STJ destinadas a obtener dispositivos híbridos sensibles a la fase en un futuro próximo.

La banda prohibida de energía superconductora y su simetría en los superconductores a base de hierro son distintas de las que se observan en los cupratos superconductores o los superconductores convencionales. Los superconductores convencionales requieren una banda prohibida simétrica. Mediante distintas técnicas espectroscópicas, el equipo llevó a cabo una investigación importante con el fin de entender el mecanismo de emparejamiento entre las bandas prohibidas de energía y la simetría para desentrañar la física de la superconductividad.

Excepto en lo relacionado con los SQUID, los hallazgos del proyecto abren el camino del desarrollo de detectores a base de nanohilos y memorias STJ para circuitos lógicos cuánticos rápidos de flujo único construidos con superconductores a base de hierro.

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Palabras clave

Dispositivos cuánticos, superconductores a base de hierro, superconductores, dispositivos superconductores de interferencia cuántica
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