Se pensaba que el descubrimiento de un superconductor unidireccional era imposible.

¿Cuál es la diferencia entre un superconductor y un semiconductor?

Los semiconductores y superconductores son materiales que permiten el paso de corriente eléctrica a través de ellos. Entonces son conductores eléctricos, pero hay diferencias fundamentales entre ellos.

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Un semiconductor es un conductor eléctrico que tiene un valor de conductividad eléctrica entre los valores del aislante y el conductor. En otras palabras, un semiconductor tiene una conductividad eléctrica moderada y es sensible a los cambios de temperatura, campos magnéticos y cualquier impureza presente en el material.

En los semiconductores, los elementos son cristales cuyos átomos están dispuestos en forma tridimensional con enlaces covalentes entre cada átomo. Encuentra aplicaciones en el diseño de diodos, transistores o circuitos integrados.

Hay muchos materiales semiconductores en forma de monocristales como el silicio, el germanio, el estaño, el selenio o incluso el telurio. Mientras se diseña, el semiconductor puede consistir en una combinación de varios elementos, como el arseniuro de galio que contiene arsénico y galio.

un superconductor Es un conductor eléctrico que tiene un valor de conductividad eléctrica mayor que el valor de conductividad eléctrica del conductor. A menudo, un superconductor es un elemento químico o una mezcla de elementos que se vuelve casi completamente impermeable al paso de la electricidad cuando se enfría a una temperatura determinada. Así, un superconductor permite el paso de la electricidad sin pérdida de energía. Por eso la corriente eléctrica que pasa por un superconductor se llama supercorriente.

Esta pérdida de resistencia eléctrica a una temperatura determinada se denomina temperatura crítica o Tc. Hay superconductores de Tipo 1 y Tipo 2. Los materiales de Tipo 1 son conductores «clásicos» a temperatura ambiente y se convierten en superconductores cuando se enfrían por debajo de Tc. Los materiales de tipo 2 conducen poca o ninguna corriente a temperatura ambiente y se vuelven superconductores cuando la temperatura cae por debajo de Tc.

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Diodo superconductor ultrafino

© Shutterstock

Los centros de datos pueden ser los principales beneficiarios de este superconductor unidireccional, lo que limita su pérdida de energía.

Los diodos son componentes electrónicos en los que la electricidad debe fluir en una sola dirección. Esta es la razón por la que los fabricantes utilizan materiales semiconductores. Sin embargo, el uso de este tipo de material conlleva una pérdida de energía. Por lo tanto, en su fabricación nunca se utilizan superconductores sin resistencia.

Investigadores de la Universidad Tecnológica de los Países Bajos y su colega alemán de Instituto Max Planck Acaban de crear por primera vez un diodo basado en un material superconductor que permite que la electricidad y, por tanto, los electrones fluyan en una dirección.

Utilizaron un material que contenía un campo eléctrico combinado llamado niobio-3bromo-8, intercalado entre dos capas de un material superconductor. Se puede pensar en el todo como un sistema bidimensional tal que su espesor no excede su espesor atómico.

Los investigadores se dieron cuenta de que cuando el flujo de electrones cruza el sándwich en una dirección, no hay resistencia y, por lo tanto, no hay pérdida de energía. En cambio, en la otra dirección, se siente resistencia. ¡Los científicos no esperaban este descubrimiento un tanto inesperado y los investigadores aún no entienden el rendimiento exacto de este sistema!

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Ahorro de energía e interesantes aplicaciones prácticas.

Este descubrimiento inesperado allana el camino para muchas aplicaciones prácticas, particularmente en centros de procesamiento de datos para grandes grupos como Google, por ejemplo, que a veces tienen cientos o incluso miles de servidores informáticos que consumen entre 10% y 20% de la producción mundial de electricidad. Lamentablemente, gran parte de esta electricidad se pierde en forma de calor producido por las resistencias eléctricas de los transistores que alimentan estos servidores.

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El uso de este nuevo tipo de superconductor podría permitir que estos servidores usen mucha menos electricidad porque no ofrecen resistencia y, por lo tanto, no pierden calor. Esto también significa que estos grandes centros de almacenamiento de datos pueden limitar severamente el uso de sistemas de enfriamiento que también usan energía. Además de un importante ahorro energético, el uso de este superconductor unidireccional permitirá procesar la información mucho más rápido que los sistemas actuales.

Este diodo es también la puerta abierta a grandes avances en el campo de la computación cuántica. Este nuevo diodo incorpora el efecto Josephson que permite que los electrones crucen una distancia entre dos superconductores a través del efecto túnel.

El trabajo del equipo no se detiene ahí. Ahora quieren construir un transistor superconductor. Necesitan encontrar nuevos materiales para hacer esto, porque el diodo actual funciona a -271°C y todavía requiere mucha energía para bajar y mantener esa temperatura.

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Fuente: Wu, H., Wang, Y., Xu, Y. et al.Diodo Josephson sin campo en una estructura heterogénea de van der Waals. templar la naturaleza604, 653-656 (2022), https://doi.org/10.1038/s41586-022-04504-8

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