Desarrollan circuito superconductor que se creía imposible

Al cambiar un material clásico por otro con propiedades cuánticas únicas, científicos han descubierto la superconductividad unidireccional sin campos magnéticos, algo que se creía imposible desde su descubrimiento en 1911, hasta ahora, según un nuevo estudio publicado en Nature.

El profesor asociado Mazhar Ali y su grupo de investigación de la Universidad Técnica de Delft utilizaron materiales cuánticos en 2D para permitir que la electricidad fluya en un solo sentido a través de un material superconductor, todo ello sin pérdida de energía, lo que permite que la electrónica sea cientos de veces más rápida de lo que es posible actualmente con los semiconductores.

Así, los circuitos de alta velocidad y bajo consumo basados en la física de la superconductividad – que se consigue cuando un material desciende por debajo de una temperatura "crítica" (alrededor de -269 °C)– podrían abrir una oportunidad de oro para llevar la tecnología de supercomputación a un nivel completamente nuevo.

"Si el siglo XX fue el siglo de los semiconductores, el XXI puede ser el siglo de los superconductores", aseguró Ali, primer autor del trabajo, en un comunicado de prensa de la Universidad Técnica de Delft.

Desafiando las leyes de la física

Las características que hacen que esta forma de corriente eléctrica sin esfuerzo sea tan útil también crean un sinfín de retos, ya que, en muchos sentidos, la superconductividad va en contra de cómo debería funcionar la física. 

Según informa el medio científico Popular Science, normalmente, cuando la corriente eléctrica fluye a lo largo de un cable, los electrones de su interior se enfrentan a una fuerte resistencia, rozando los átomos que forman el cable. La energía eléctrica se pierde, a menudo en forma de calor. Es una de las razones por las que los aparatos electrónicos pueden sentirse calientes al tacto. También es una pérdida masiva de eficiencia.

Por su parte, con los superconductores, una corriente atraviesa un cable sin ninguna resistencia, lo que significa que inhibir esta corriente o incluso bloquearla es casi imposible, y mucho menos conseguir que la corriente, o los electrones superconductores, fluya solo en un sentido y no en el otro, ya que siempre demuestran lo que se denomina comportamiento "recíproco".

"En los años 70, los científicos de IBM probaron la idea de la computación superconductora, pero tuvieron que interrumpir sus esfuerzos: en sus documentos sobre el tema, IBM menciona que, sin superconductividad no recíproca, un ordenador que funcione con superconductores es imposible", explican los investigadores.

Red 2D basada en el metal niobio

Ahora, sin utilizar campos magnéticos, el equipo de investigadores de Alemania, Países Bajos y China ha demostrado que la electricidad puede atravesar los superconductores en una sola dirección en las condiciones adecuadas, utilizando una red 2D basada en el metal niobio, con el cual han podido prescindir del campo y confiar únicamente en las propiedades cuánticas del material.

"Pudimos retirar solo un par de capas atómicas de este Nb3Br8 y crear un sándwich muy, muy fino –de solo unas pocas capas atómicas de grosor– que era necesario para fabricar el diodo Josephson, y que no era posible con los materiales 3D normales", afirma Ali.

Y lo que es mejor, el trabajo se ha realizado con "superconductores de alta temperatura", que pueden utilizar nitrógeno líquido para enfriarse. "Muchas tecnologías se basan en versiones antiguas de superconductores JJ, por ejemplo, la tecnología de resonancia magnética. También la informática cuántica actual se basa en las uniones de Josephson", explica Ali. 

"La tecnología que antes solo era posible utilizando semiconductores ahora puede hacerse potencialmente con superconductores utilizando este bloque de construcción. Esto incluye ordenadores más rápidos, como los que tienen una velocidad de hasta terahercios, que es de 300 a 400 veces más rápida que los ordenadores que usamos ahora. Esto influirá en todo tipo de aplicaciones sociales y tecnológicas", agrega el físico.

Editado por Felipe Espinosa Wang.