18.06.2021 - University of Minnesota

Los investigadores descubren las propiedades únicas de un nuevo y prometedor superconductor

El material podría utilizarse en futuras aplicaciones de computación cuántica

Un equipo internacional de físicos dirigido por la Universidad de Minnesota ha descubierto que un metal superconductor único es más resistente cuando se utiliza como capa muy fina. La investigación es el primer paso hacia un objetivo más amplio de entender los estados superconductores no convencionales en los materiales, que posiblemente podrían utilizarse en la computación cuántica en el futuro.

En la colaboración participan cuatro profesores de la Facultad de Física y Astronomía de la Universidad de Minnesota -el profesor asociado Vlad Pribiag, el profesor Rafael Fernandes y los profesores adjuntos Fiona Burnell y Ke Wang- junto con físicos de la Universidad de Cornell y de otras instituciones.

El diselenuro de niobio (NbSe2) es un metal superconductor, lo que significa que puede conducir la electricidad, o transportar electrones de un átomo a otro, sin resistencia. No es raro que los materiales se comporten de forma diferente cuando tienen un tamaño muy pequeño, pero el NbSe2 tiene propiedades potencialmente beneficiosas. Los investigadores descubrieron que el material en forma 2D (un sustrato muy fino de sólo unas pocas capas atómicas de grosor) es un superconductor más resistente porque tiene una simetría doble, muy diferente de las muestras más gruesas del mismo material.

Motivados por la predicción teórica de Fernandes y Burnell sobre la superconductividad exótica en este material 2D, Pribiag y Wang empezaron a investigar dispositivos superconductores 2D atómicamente finos.

"Esperábamos que tuviera un patrón rotacional séxtuple, como un copo de nieve". dijo Wang. "A pesar de la estructura séxtuple, en el experimento sólo mostró un comportamiento doble".

"Fue una de las primeras veces que [este fenómeno] se vio en un material real", dijo Pribiag.

Los investigadores atribuyeron la recién descubierta simetría rotacional doble del estado superconductor en el NbSe2 a la mezcla de dos tipos de superconductividad que compiten estrechamente, a saber, el tipo de onda s convencional -típico del NbSe2 a granel- y un mecanismo no convencional de tipo d o p que surge en el NbSe2 de pocas capas. Los dos tipos de superconductividad tienen energías muy similares en este sistema. Por ello, interactúan y compiten entre sí.

Pribiag y Wang dijeron que más tarde se dieron cuenta de que los físicos de la Universidad de Cornell estaban revisando la misma física utilizando una técnica experimental diferente, a saber, las mediciones de túnel cuántico. Decidieron combinar sus resultados con la investigación de Cornell y publicar un estudio completo.

Burnell, Pribiag y Wang planean basarse en estos resultados iniciales para seguir investigando las propiedades del NbSe2 atómicamente delgado en combinación con otros materiales exóticos en 2D, lo que podría conducir en última instancia al uso de estados superconductores no convencionales, como la superconductividad topológica, para construir ordenadores cuánticos.

"Lo que queremos es una interfaz completamente plana a escala atómica", dijo Pribiag. "Creemos que este sistema podrá darnos una mejor plataforma para estudiar materiales con el fin de utilizarlos para aplicaciones de computación cuántica".

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