Avance hacia la superconductividad en un material ferromagnético

Los científicos Jacobo Santamaría y Carlos León del Grupo de Física de Materiales Complejos de la Universidad Complutense de Madrid (UCM), en España, en colaboración con la Unidad Mixta de Física CNRS-Thales en Palaiseau (Francia), han encontrado la evidencia de la existencia de supercorrientes con polarización de espín.

El espín es una propiedad cuántica de los electrones, sin análogo en una descripción clásica, y que desde su descubrimiento a principios del siglo XX ha permitido entender el comportamiento electrónico de los materiales. El espín de un electrón puede tomar únicamente dos valores bien determinados a los que se asignan direcciones contrarias en el espacio (arriba y abajo).

El trabajo, publicado en la revista Nature Physics, ilustra la posibilidad de generar supercorrientes con polarización de espín en materiales artificiales nanoestructurados basados en óxidos complejos, en un nuevo escenario que puede entenderse como la "unión" de dos campos, la espintrónica y la superconductividad mesoscópica. Estos  efectos pueden tener aplicaciones en diversos frentes que irían desde nuevos dispositivos espintrónicos hasta la computación cuántica.

Las muestras, producidas en Madrid -en el seno del Campus de Excelencia CEI Moncloa UCM-UPM-, son heteroestructuras que combinan óxidos complejos ferromagnéticos y superconductores de alta temperatura, y han sido medidas en París. La aparición de un fenómeno de interferencia de los estados electrónicos conocido como 'resonancia de McMillan-Rowell' prueba que la corriente superconductora persiste en el ferromagnético a pesar de su carácter teóricamente antagónico.

El ferromagnetismo es un fenómeno que resulta de una manifestación macroscópica de un estado cuántico de los electrones de un metal en el que sus espines se disponen paralelos entre sí (todos hacia arriba o todos hacia abajo). Si una corriente se inyecta a través de un contacto ferromagnético ésta tendrá sus espines paralelos, y se dice entonces que está polarizada.

La incorporación de estos materiales a los dispositivos electrónicos ha dado lugar a la espintrónica, que explota las propiedades del espín del mismo modo que la electrónica explota las de la carga eléctrica. Este campo ha experimentado un gran avance en la última década y se piensa que puede dar lugar a dispositivos mucho más eficientes que los actuales y representar una alternativa a la tecnología basada en silicio.  

Por otra parte, la superconductividad es un estado de la materia antagónico al anterior en el que los electrones se aparean y sus espines se disponen antiparalelos. Los materiales superconductores son capaces de transportar corrientes eléctricas sin consumo de energía, de modo que se ha considerado su posible aplicación para el transporte de la electricidad o para dispositivos electrónicos ultrarrápidos.

En los últimos años se ha realizado un gran esfuerzo en la combinación de ambos fenómenos sobre la base de las aplicaciones a las que podría dar lugar la posibilidad de propagar a largas distancias corrientes superconductoras con polarización de espín. (Fuente: Universidad Complutense de Madrid)