Harvard revela un gran avance en la tecnología de superconductores de alta temperatura

por Klaus Müller
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High-Temperature Superconductors

Dirigido por Philip Kim, un equipo de científicos de Harvard ha dado un salto pionero en la tecnología de superconductores al desarrollar un diodo superconductor de alta temperatura utilizando cupratos, un avance significativo para la computación cuántica. Esta innovación marca un hito vital en la exploración y el control de materiales exóticos y estados cuánticos. Fuente: SciTechPost.com

La metodología de producción puede ayudar en el descubrimiento de nuevos materiales.
El equipo de Harvard de Philip Kim lidera la innovación en superconductores de alta temperatura con uso de cuprato.
Creó el primer diodo superconductor, impulsando el campo de la computación cuántica.
Se logró el control de estados cuánticos y supercorriente direccional en BSCCO.

Los superconductores, que permiten un flujo de electrones impecable y sin pérdidas, han fascinado a los físicos durante mucho tiempo. Sin embargo, estos materiales normalmente exhiben sus propiedades mecánico-cuánticas sólo a temperaturas extremadamente bajas (justo por encima del cero absoluto), lo que limita su uso práctico.

El profesor de Física y Física Aplicada de Harvard, Philip Kim, y su equipo han mostrado un enfoque novedoso para fabricar y manipular cupratos, una clase de superconductores de mayor temperatura. Este avance allana el camino para diseñar nuevas formas de superconductividad en materiales que antes eran inalcanzables.

Utilizando una técnica especial de fabricación de dispositivos de baja temperatura, el grupo de Kim ha presentado en la revista Science un candidato potencial para el primer diodo superconductor de alta temperatura. Este dispositivo, fabricado a partir de finos cristales de cuprato, podría ser un componente importante en campos emergentes como la computación cuántica, que depende de fenómenos mecánicos breves y difíciles de mantener.

Ilustración del superconductor de cuprato retorcido en capas con datos de fondo. Créditos: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Zhao

Kim enfatiza la viabilidad de los diodos superconductores de alta temperatura sin necesidad de campos magnéticos, abriendo nuevas vías para el estudio de materiales exóticos.

Los cupratos, óxidos de cobre, causaron revuelo en la comunidad física hace décadas al convertirse en superconductores a temperaturas que antes se consideraban imposibles. La temperatura más alta registrada para un superconductor de cuprato es -225 Fahrenheit. Sin embargo, trabajar con estos materiales sin alterar sus estados superconductores es muy complejo debido a sus complejas propiedades electrónicas y estructurales.

Dirigido por SY Frank Zhao, ex alumno de la Escuela de Graduados en Artes y Ciencias Griffin y actualmente investigador postdoctoral en el MIT, el equipo empleó una técnica de manipulación de cristales criogénicos sin aire en argón ultrapuro. Crearon hábilmente una interfaz prístina entre dos capas ultrafinas de óxido de cuprato, bismuto, estroncio, calcio y cobre (BSCCO o “bisco”). BSCCO es un superconductor de “alta temperatura”, que se vuelve superconductor a alrededor de -288 Fahrenheit, una temperatura relativamente alta para los superconductores.

Zhao primero dividió BSCCO en dos capas, cada una de una milésima del ancho de un cabello humano. Luego, a -130 grados, los apiló en un ángulo de 45 grados, similar a un sándwich de helado desalineado, preservando al mismo tiempo la superconductividad en la delicada interfaz.

El equipo descubrió que la supercorriente máxima que pasa a través de la interfaz sin resistencia varía según la dirección de la corriente. Es importante destacar que también mostraron control electrónico sobre el estado cuántico en la interfaz invirtiendo esta polaridad. Básicamente, esta capacidad les permitió crear un diodo superconductor conmutable de alta temperatura, sentando las bases para una futura integración en tecnologías informáticas, como los bits cuánticos.

Zhao describe esto como un paso inicial en la exploración de fases topológicas y estados cuánticos resistentes a las imperfecciones.

Referencia: “Simetría de inversión de tiempo que rompe la superconductividad entre superconductores de cuprato retorcidos” por SY Frank Zhao et al., 7 de diciembre de 2023, Science.
DOI: 10.1126/ciencia.abl8371

En colaboración con Marcel Franz de la Universidad de Columbia Británica y Jed Pixley de la Universidad de Rutgers, cuyos equipos previamente realizaron cálculos teóricos que predecían el comportamiento del superconductor de cuprato, el equipo de Harvard concilió observaciones experimentales con nuevos desarrollos teóricos de Pavel A. Volkov de la Universidad de Connecticut.

La investigación recibió el apoyo de la Fundación Nacional de Ciencias, el Departamento de Defensa y el Departamento de Energía.

Preguntas frecuentes (FAQ) sobre superconductores de alta temperatura

¿Cuál es el avance reciente en la tecnología de superconductores realizado por los investigadores de Harvard?

Investigadores de Harvard, dirigidos por Philip Kim, han desarrollado un diodo superconductor de alta temperatura utilizando cupratos. Esta innovación es un importante paso adelante en la computación cuántica y el estudio de materiales exóticos y estados cuánticos.

¿Cómo contribuye el nuevo diodo superconductor a la computación cuántica?

El diodo superconductor creado por el equipo de Harvard representa un avance crucial en la computación cuántica. Permite una mejor manipulación y comprensión de los estados cuánticos, lo que potencialmente facilita los avances en este campo.

¿Qué son los cupratos y por qué son importantes en esta investigación?

Los cupratos son una clase de materiales de óxido de cobre que se vuelven superconductores a temperaturas relativamente altas. Son cruciales en esta investigación para crear el diodo superconductor de alta temperatura, un paso importante en la comprensión y manipulación de la superconductividad.

¿Quién dirigió los experimentos con este diodo superconductor y cuál fue el método utilizado?

Los experimentos para este diodo superconductor fueron dirigidos por SY Frank Zhao, ex alumno de Harvard y ahora investigador postdoctoral en el MIT. El método implicó la manipulación de cristales criogénicos sin aire en argón ultrapuro para diseñar una interfaz limpia entre capas de óxido de cuprato, bismuto, estroncio, calcio y cobre (BSCCO).

¿Qué hace que BSCCO sea importante en el contexto de los superconductores?

El óxido de bismuto, estroncio, calcio y cobre (BSCCO) es importante ya que se considera un superconductor de alta temperatura y comienza a superconducir a aproximadamente -288 Fahrenheit. Esto es relativamente alto en comparación con otros superconductores e importante para aplicaciones prácticas.

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5 comentarios

sara k diciembre 19, 2023 - 4:02 pm

Vaya, ¿superconductores a altas temperaturas? Eso es una locura. Recuerdo haber estudiado cómo solo funcionaban a temperaturas muy bajas. ¡Los tiempos están cambiando rápidamente!

Responder
Raj Patel diciembre 19, 2023 - 5:29 pm

Había oído hablar de los cupratos, pero nunca supe que eran tan importantes en la superconductividad. Gran artículo, pero le vendría bien un poco más de detalles en el aspecto técnico, ¿sabes?

Responder
David R. diciembre 19, 2023 - 7:29 pm

¡El equipo de Philip Kim está haciendo cosas innovadoras! Pero creo que el artículo necesita aclarar más cómo esto afecta al ciudadano medio. Los superconductores suenan complejos.

Responder
Emma Smith diciembre 20, 2023 - 1:50 am

¿Es esto realmente factible? Quiero decir, la superconducción a -288F todavía está fría, ¿verdad? ¿Cómo planean utilizar esto en aplicaciones prácticas? ¿Alguien tiene ideas?

Responder
Mike Johnson diciembre 20, 2023 - 7:40 am

¡Increíble trabajo de Harvard! La computación cuántica es definitivamente el futuro, esto podría cambiarlo todo...

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