Los secretos que aún esconden los superconductores

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Nanocilindros de níquel magnéticos (defectos intencionados) depositados sobre la película de niobio superconductor. Los cilindros tienen un diámetro de 250 nm, una altura de 40 nm y están regularmente espaciados a una distancia de 400 nanometros.

Recientemente se ha descubierto que en una película delgada superconductora podía observarse un campo eléctrico permanente cuando se inyectaba una corriente eléctrica alterna en el superconductor y éste estaba sometido a un campo magnético constante. Sin embargo, este efecto sólo se había observado en películas en las que, mediante técnicas modernas de preparación, se habían colocado defectos con una disposición asimétrica, y en el rango de frecuencias de uno a diez kilohercios.

El campo magnético puede penetrar en superconductores de cierta clase, pero lo hace de un modo muy especial. Entra en forma de tubos aislados entre sí, denominados vórtices. La inyección de una corriente eléctrica provoca el movimiento de estos vórtices, lo que da lugar a la aparición de resistividad eléctrica y, por tanto, de un campo eléctrico. El papel de los defectos en estos materiales es “anclar” los vórtices dificultando su movimiento. Se pensaba que si la corriente eléctrica es alterna y perfectamente simétrica el efecto se compensaría y el campo eléctrico promedio sería nulo.

El trabajo realizado por Vladimir Pryadun, Farkhad Aliev, Arkadi Levanyuk y Raul Villar del grupo de investigación MAGNETRANS (Departamento de Física de la Materia Condensada de la Universidad Autónoma de Madrid), en colaboración con la Universidad de Leuven (Bélgica), comenzó con un estudio análogo, pero con películas con defectos simétricos, y ampliando el rango de frecuencias de la corriente alterna inyectada hasta 150 megahercios. Al observarse que el efecto subsistía e incluso aumentaba su magnitud a determinadas frecuencias elevadas, se continuó el estudio con películas superconductoras en las que no se habían colocado defectos. El resultado fue que el efecto de rectificación (convertir la corriente alterna en corriente continua) no sólo subsiste sino que aumenta hasta cinco veces en magnitud. Este resultado es muy inesperado y en el trabajo, publicado en New Journal of Physics, se desarrollan algunas ideas teóricas para su explicación. Ideas que están basadas en la asimetría natural del proceso de entrada y de salida de los vórtices por el borde de la película.

Puede subrayarse que el efecto rectificador observado tiene características muy complejas. Sólo aparece a temperaturas inferiores a la temperatura crítica del material. Por encima de esta temperatura, el material se convierte en un metal normal y no hay rectificación, lo cual implica que, efectivamente, el efecto se debe al movimiento de los vórtices. Además, el efecto subsiste hasta temperaturas bastante inferiores a la temperatura crítica, lo cual tampoco había sido observado, y es una propiedad muy interesante para posibles aplicaciones.

Además de su interés en la física básica, los superconductores dan lugar a importantes y variadas aplicaciones, aún cuando estos materiales sólo mantienen esta condición a muy bajas temperaturas. El efecto descubierto en este trabajo podría tener aplicación en el desarrollo de la electrónica superconductora a altas frecuencias.