Puerta abierta a la superconductividad

El efecto perjudicial del campo magnético sobre la superconductividad ha preocupado a investigadores e ingenieros por igual durante más de un siglo. Cuando se aplica un campo magnético a un superconductor, el campo penetra en forma de vórtices, que se mueven bajo la acción de una corriente, creando disipación que destruye el estado superconductor. Hoy en día, en la toma de imágenes por resonancia en medicina o la levitación magnética (utilizada en la construcción de trenes), se consigue reducir parcialmente el efecto negativo del movimiento de los vórtices mediante complejos métodos de ingeniería de materiales y de nanotecnología. Sin embargo, el campo magnético también perturba la superconductividad a través de propiedad magnética del electrón (espín). La superconductividad requiere formar pares de Cooper, en los que los espines electrónicos apuntan en sentido opuesto y forman un estado singlete. Varios estudios recientes muestran que algunos superconductores bidimensionales, como MoS2 o NbSe2, pueden eludir los efectos negativos del campo magnético sobre los espines. En el caso del semiconductor MoS2, se induce la superconductividad bidimensional mediante un transistor de dos puertas, una de estado sólido y una líquida. El superconductor resultante es muy fino, tan solo de una capa de MoS2 de espesor y es extraordinariamente robusto a campos magnéticos paralelos. Aunque hay otros superconductores bidimensionales robustos a la aplicación de campos magnéticos paralelos, el mecanismo propuesto para explicar la insensibilidad al campo magnético parece un nuevo avance que mejorará el control sobre el espín de los pares de Cooper.

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A. Controlando los voltajes aplicados en el MoS2 mediante un transistor de dos puertas, se forma un superconductor bidimensional. La estructura formada por Mo (verde oscuro) y S (verde claro) no tiene simetría de inversión. B. Las esferas roja y azul representan los electrones del par de Cooper y las flechas representan el espín. La superficie de Fermi está constituida por los semicírculos rojos y azules en los bordes. La acción conjunta del acoplamiento espín-órbita y la falta de simetría de inversión fijan el spin de cada electrón a la dirección de su momento. Hermann Suderow. UAM.

Resumen de “Opening the gate on superconductivity”, artículo de la sección “Perspective” de la revista Science.

Hermann J. Suderow. Universidad Autónoma de Madrid.