Los superconductores de alta temperatura se acercan a la realidad gracias a una nueva interfaz no convencional

Un equipo de investigadores ha diseñado una interfaz única entre un superconductor (material que presenta una resistencia eléctrica nula a bajas temperaturas) y un material quiral. La nueva interfaz crea un campo Zeeman significativamente mejorado, un campo magnético que afecta al espín de los electrones. La tecnología podría ser clave para nuevas e innovadoras aplicaciones en campos como la electrónica, la energía y, lo que es más importante, la informática cuántica.

El novedoso material superconductor combina un superconductor convencional con un material que presenta un fuerte acoplamiento espín-órbita. Se ha demostrado que esta interacción, que surge del acoplamiento entre el espín de un electrón y su movimiento orbital, afecta fuertemente a las propiedades del material superconductor. La interfaz induce la polarización del espín en la superficie del superconductor y genera estados de cuasipartículas de origen magnético.

Ahora bien, los estados de cuasipartículas son aquellos que se ven influidos específicamente por los campos magnéticos. Estos estados pueden surgir en materiales en los que las interacciones entre los electrones y los campos magnéticos son fuertes. Los efectos están relacionados con el concepto de selectividad de espín inducida por la quiralidad (CISS), en el que la quiralidad estructural de un material influye en el espín y el momento angular orbital de sus electrones. La CISS es crucial para desarrollar la espintrónica superconductora y la superconductividad topológica, porque proporciona una forma de controlar el espín de los electrones en los materiales superconductores.

Mediante la ingeniería de la interfaz entre estos dos materiales, los investigadores pudieron mejorar las propiedades superconductoras. El material resultante también demostró una tolerancia mucho mayor a los campos magnéticos, lo que en sí mismo es un factor crítico para muchas aplicaciones prácticas. Por ejemplo, puede eliminar la decoherencia, que se produce cuando un sistema cuántico interactúa con su entorno.

¿Las implicaciones? Esta nueva tecnología puede contribuir al desarrollo de superconductores de alta temperatura, que funcionan a temperaturas más cercanas a las condiciones ambientales. Es importante señalar que los superconductores existentes sólo funcionan a temperaturas extremadamente bajas. Si las temperaturas suben lo suficiente como para alcanzar la banda de conducción, no se producirá la superconductividad. Por tanto, los futuros materiales basados en dicha interfaz podrían redefinir la transmisión y el almacenamiento de energía, así como permitir la creación de dispositivos electrónicos más potentes y eficaces, como los transistores de alto rendimiento.

Por último, el acoplamiento espín-órbita mejorado en este nuevo material podría conducir a la realización de estados superconductores exóticos con propiedades topológicas. Los estados exóticos difieren de los superconductores convencionales en cuanto a sus propiedades electrónicas y su simetría. Estos estados han sido objeto de un intenso interés investigador debido a su potencial para el procesamiento de la información y la computación cuántica, como ya se ha mencionado.

Los investigadores creen que sus hallazgos estimularán nuevas investigaciones en el campo de la superconductividad y abrirán nuevas vías en un futuro próximo. Como referencia, el primer sistema comercial de resonancia magnética que utilizaba superconductores se introdujo a principios de la década de 1980. Ni que decir tiene que fue una tecnología innovadora y es de esperar que las aplicaciones futuras no hagan sino ampliar su legado.