'Moléculas' de mecánica cuántica creadas en circuitos superconductores

Una simulación que muestra los niveles de energía característicos de las moléculas de Andreev predichos para la espectroscopía de túneles en uniones Josephson acopladas. - 2024 S. MATSUO ET AL.

   MADRID, 12 Mar. (EUROPA PRESS) -

   Físicos japoneses han creado estados electrónicos que se asemejan a moléculas y que son prometedores para su uso en futuras computadoras cuánticas en circuitos superconductores.

   La ventaja más obvia de los superconductores (materiales que no ofrecen resistencia eléctrica al flujo de electrones) en los circuitos electrónicos es que no producen ningún calentamiento innecesario, lo que limita la eficiencia energética de los circuitos convencionales.

   Pero también tienen otra gran ventaja. La superconductividad surge debido a interacciones mecánico-cuánticas entre electrones. Estos efectos exóticos podrían aprovecharse en dispositivos, proporcionándoles una amplia gama de funcionalidades que no están disponibles en los dispositivos convencionales.

   Ahora, Sadashige Matsuo del Centro RIKEN para Ciencias Emergentes de la Materia y sus compañeros han investigado precisamente ese efecto. Conocida como molécula de Andreev, podría utilizarse para tecnologías de información cuántica en futuras computadoras cuánticas. El artículo se publica en la revista Nature Communications.

   El componente básico de los circuitos superconductores es la unión Josephson: un dispositivo fabricado intercalando un material normal entre dos superconductores, que puede controlar el flujo de la supercorriente.

   Cuando el material normal interactúa con los superconductores, un electrón en el material normal se refleja como un agujero y se genera un par de electrones en el superconductor. Esta reflexión forma estados ligados en el material normal de la unión de Josephson, los llamados estados ligados de Andreev.

   Si dos uniones de Josephson están lo suficientemente cerca, pueden formar una molécula de Andreev uniéndose entre sí. Matsuo y sus compañeros de trabajo se centraron en las dos uniones Josephson que compartían un electrodo superconductor corto. En la estructura, se espera que los estados ligados de Andreev en las diferentes uniones se unan entre sí a través del electrodo compartido.

   "Cuando existen estas moléculas de Andreev, una unión de Josephson puede controlar otra unión de Josephson", explica Matsuo en un comunicado. "Y luego surgen fenómenos de transporte superconductor exóticos y útiles, como el efecto del diodo Josephson, un efecto que podría conducir a rectificadores menos disipativos en los circuitos superconductores".

   Matsuo y sus compañeros de trabajo hicieron dos uniones Josephson con una fina capa de arseniuro de indio. Luego los acoplaron a través de un electrodo superconductor compartido hecho de aluminio, que es superconductor a temperaturas muy bajas.

   El equipo estudió las propiedades electrónicas de esta estructura midiendo la corriente de túnel en las uniones con varios voltajes aplicados e intensidades de campo magnético, una técnica llamada espectroscopia de túnel. Esto les permitió observar los niveles de energía en las uniones de Josephson correspondientes a las moléculas de Andreev.

   "Los investigadores ya habían informado anteriormente sobre la caracterización espectroscópica de las moléculas de Andreev en las diferentes estructuras del dispositivo", afirma Matsuo. "Pero ahora hemos logrado observarlos en uniones Josephson acopladas y demostrar por primera vez su controlabilidad.

   "Nuestro trabajo proporciona información fundamental sobre la molécula de Andreev. Y allanará el camino para diseñar fenómenos de transporte superconductores exóticos en uniones Josephson acopladas en el futuro".