Un circuito óptico-eléctrico permite ver cómo se rompen los pares de Cooper en un superconductor

Una corriente eléctrica lo suficientemente intensa puede romper de inmediato la superconductividad de un material. Ese punto crítico, conocido como límite de desemparejamiento, es uno de los procesos más difíciles de medir en física de materiales: ocurre en apenas mil millonésimas de segundo y basta con cruzarlo para que los pares de electrones entrelazados, o pares de Cooper, se separen y el material deje de conducir electricidad sin resistencia.

Un equipo internacional de investigadores logró superar ese límite de velocidad y observar directamente qué ocurre cuando se cruza. Participaron científicos del Max Planck Institute for the Structure and Dynamics of Matter (Alemania), el Shanghai Institute of Microsystem and Information Technology (China), el ETH Zurich (Suiza) y la University of Oxford (Reino Unido). Los resultados fueron publicados en la revista Nature Physics.

Los superconductores conducen electricidad con resistencia cero y generan un campo magnético cuando se enfrían por debajo de cierto umbral. Gracias a esas propiedades existen tecnologías como los colisionadores de partículas o equipos médicos como la resonancia magnética. Sin embargo, esos estados son frágiles: basta un aumento de temperatura o cambios en la corriente o el campo magnético para sacar al material de su estado superconductor.

Para estudiarlo, el equipo trabajó con dos materiales superconductores de alta temperatura: nitruro de niobio (NbN), con simetría de gap de onda s, y un integrante de la familia del óxido de bario, cobre e itrio (YBCO), con simetría de onda d. Esa diferencia define cuán fácil es destruir su superconductividad. Para adelantarse a procesos que duran mil millonésimas de segundo, los investigadores construyeron un circuito óptico-eléctrico que supera en varios órdenes de magnitud la velocidad de decenas de kilómetros por segundo a la que se mueven los vórtices cuánticos internos del material.

El resultado mostró dos comportamientos opuestos. El NbN se mantuvo superconductor hasta que la corriente aplicada alcanzó un umbral y entonces perdió esa propiedad de forma abrupta. El YBCO, en cambio, la perdió de manera gradual. El equipo atribuye esa diferencia a las simetrías de gap: en el NbN el gap de energía es igual en todas las direcciones, mientras que en el YBCO varía de forma considerable y no puede apagarse de una sola vez.

Esa comparación entregó a los investigadores una comprensión más de fondo sobre la superconductividad y su dependencia de la estabilidad de los pares de Cooper. Haber rebasado el límite de velocidad de la transición, señalan, abre nuevas formas de estudiar y acceder a estas propiedades en el futuro.