El magnesio, un elemento químico ligero y reactivo, podría guardar una gran sorpresa. Los investigadores consideran que podría desempeñar un papel inédito en el campo de los superconductores.
Este metal alcalinotérreo, abundante en la naturaleza y esencial para el metabolismo humano, también es producido por estrellas envejecidas. Aunque es un buen conductor de electricidad, nunca se había considerado como superconductor, hasta investigaciones recientes.
Un equipo de investigadores, incluido Giovanni Ummarino de la Escuela Politécnica de Turín, ha explorado cómo el confinamiento cuántico podría transformar elementos no superconductores en superconductores. Su estudio, publicado en
Condensed Matter, sugiere que el magnesio podría alcanzar este estado en forma de películas ultradelgadas.
El confinamiento cuántico, un fenómeno donde la energía de una partícula cuántica aumenta con su restricción espacial, es clave en este descubrimiento. Los cálculos de los investigadores, sin parámetros ajustables, predicen una temperatura crítica de 10 Kelvin para películas de magnesio con un espesor inferior a 1 nanómetro.
Esta temperatura, alcanzable con helio líquido, abre perspectivas para aplicaciones en electrónica cuántica. A diferencia del aluminio, utilizado actualmente para los qubits, el magnesio podría funcionar a temperaturas más altas, reduciendo costos e impacto ambiental.
Las implicaciones de este descubrimiento podrían ser importantes, especialmente en computación cuántica. Reemplazar aluminio por magnesio en los qubits podría hacer las tecnologías cuánticas más accesibles y sostenibles.
Los investigadores esperan ahora confirmación experimental de sus predicciones. De verificarse, este avance podría marcar un hito en el desarrollo de superconductores y sus aplicaciones.
Este estudio ilustra cómo avances teóricos pueden abrir camino a innovaciones tecnológicas importantes. El magnesio, un elemento común, podría así convertirse en actor clave de futuras tecnologías cuánticas.
¿Qué es el confinamiento cuántico?
El confinamiento cuántico describe el aumento de energía de una partícula cuántica cuando está espacialmente restringida. Este fenómeno, relacionado con el principio de incertidumbre de Heisenberg, significa que cuanto más localizada está una partícula, mayores son sus fluctuaciones de energía.
Para los materiales, el confinamiento cuántico puede modificar radicalmente sus propiedades electrónicas. Por ejemplo, películas metálicas ultradelgadas pueden ver transformada su capacidad de conducir electricidad, pasando de estado normal a superconductor.
Esta propiedad abre perspectivas para diseñar nuevos materiales con funcionalidades inéditas. Los investigadores explotan este fenómeno para explorar estados de la materia antes inaccesibles.
El confinamiento cuántico representa así una herramienta poderosa para la ciencia de materiales, permitiendo superar límites de propiedades físicas conocidas.
¿Por qué es importante la temperatura crítica en supraconductividad?
La temperatura crítica es la temperatura por debajo de la cual un material se vuelve superconductor. Determina las condiciones necesarias para observar este fenómeno, incluyendo el tipo de enfriamiento requerido.
Una temperatura crítica más alta facilita el uso de la supraconductividad, al permitir métodos de enfriamiento menos costosos y más accesibles. Por ejemplo, el helio líquido, más barato que otras tecnologías, puede usarse hasta 4,5 Kelvin.
En el caso del magnesio, una temperatura crítica de 10 Kelvin significa que el helio líquido bastaría para alcanzar el estado superconductor. Esto contrasta con el aluminio, que requiere temperaturas más bajas y tecnologías de enfriamiento más sofisticadas.
La búsqueda de materiales con temperaturas críticas más altas es por tanto clave para hacer viables y menos costosas las tecnologías superconductoras.
Fuente: Condensed Matter