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Un equipo
internacional con participación de científicos del Consejo Superior de
Investigaciones Científicas (CSIC) ha demostrado la superconductividad
inducida en una estructura nanométrica que combina hilos semiconductores
con un material superconductor.
Los
resultados, publicados en la revista Nature Nanotechnology, explican por
primera vez las propiedades magnéticas de los estados excitados de
electrones y huecos en este sistema y podrían abrir nuevos campos de
estudio en nanotecnología.
A
temperaturas muy bajas, algunos metales se convierten en
superconductores y cambian radicalmente sus propiedades eléctricas y
magnéticas. En particular, los superconductores, que tienen numerosas
aplicaciones, no ejercen resistencia al paso de la corriente eléctrica,
por lo que la conducción de los electrones se realiza sin pérdidas de
energía.
“Cuando
un material superconductor se encuentra en su estado de energía más
baja, se convierte en una onda cuántica colectiva formada por pares de
Cooper, parejas de electrones que se unen a pesar de ser cargas
negativas que tienden a repelerse. En nuestro trabajo hemos demostrado
esta superconductividad inducida en hilos semiconductores de tamaño
nanométrico”, explica Ramón Aguado, investigador del CSIC en el
Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid.
Hacia la
computación cuántica topológica
En estos
nanohilos semiconductores acoplados a contactos de vanadio, un material
superconductor, los investigadores han analizado las propiedades de la
onda cuántica colectiva cuando es excitada y sale de su estado de
energía más baja. “Nuestro trabajo ha explicado por primera vez las
propiedades magnéticas de estos estados excitados. Hemos demostrado, tal
y como contempla la teoría, que estas propiedades magnéticas cambian
cuando pasamos de tener pares de Cooper a superposiciones de electrones
y huecos, las cuales se denominan estados de Andreev”, precisa el
investigador del CSIC.
Esos
“huecos” son en realidad la ausencia de electrones o de carga eléctrica,
la cual se comporta de manera efectiva como una partícula cargada
positivamente. Aguado explica: “En un superconductor, un hueco es, a
todos los efectos, la antipartícula del electrón. Gran parte del interés
de estos sistemas reside en la posibilidad de crear estados de Andreev a
energía cero.
Estas
excitaciones tienen la peculiaridad de que son mitad electrón mitad
hueco, o lo que es lo mismo, partículas iguales a sus antipartículas,
los denominados fermiones de Majorana”.
Estos
fermiones, aparte del interés fundamental que tienen, podrían dar lugar
a formas de computación cuántica más robustas, con gran tolerancia a
posibles fallos, como la computación cuántica topológica. Según el
investigador del CSIC, se especula que los neutrinos son fermiones de
Majorana, a pesar de que aún no existen pruebas definitivas.
“Lo
interesante es que se podría demostrar esta propiedad relativista en la
nanoescala antes que en las grandes instalaciones de detección de
neutrinos. Asimismo, hay un gran interés en su posible aplicación
tecnológica a largo plazo”, agrega Aguado.
Fuente:
CSIC 16/12/2013
Eduardo
J. H. Lee, Xiaocheng Jiang, Manuel Houzet, Ramón Aguado, Charles M.
Lieber y Silvano De Franceschi.
Spin-resolved Andreev levels and parity crossings in hybrid
superconductor–semiconductor nanostructures.
Nature
Nanotechnology. DOI: 10.1038/NNANO.2013.267
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