Las heteroestructuras, también llamadas superredes, son dispositivos electrónicos multicapa, formados por capas alternas de grosor nanométrico de dos materiales superconductores, cuya estructura se acopla en las interfaces. Entre sus aplicaciones más directas está la fabricación de diodos de efecto túnel con heteroestructuras semiconductoras para los láseres de los lectores de CD y DVD.
Para la fabricación de las superredes se requieren capas de materiales superconductores que permitan aplicaciones que requieran campos eléctricos muy altos, densidades de corriente crítica elevadas y/o que produzcan campos magnéticos de gran intensidad. Por tanto, dado que el grosor de estas capas se reduce a la escala nanométrica, su fabricación no resulta una tarea fácil.
Sin embargo, un artículo publicado recientemente en Nature Materials anuncia la fabricación de una superred con capas superconductoras de pnicturos de hierro, un nuevo superconductor de alta temperatura crítica descubierto a principios de 2008. Esta nueva familia de superconductores basados en el compuesto de hierro LaOFeAs, supone el relevo generacional de los materiales superconductores cerámicos denominados cupratos, dando paso al mecanismo microscópico de la superconductividad de alta temperatura de los pnicturos de hierro.
Las nuevas superredes están formadas por 24 capas que alternan un pnicturo superconductor de un grosor que varía entre los 14 y 16 nm y una capa de óxido de titanato de estroncio. Con la introducción del pnicturo los límites en aplicaciones de alta potencia y grandes campos magnéticos serán menos drásticos y se podría ampliar el abanico de posibilidades para futuras aplicaciones. Pero quizá su aplicación más importante, tal y como señalan los expertos en la materia, será investigar los límites intrínsecos de la superconductividad según la teoría satisfactoria de la superconductividad, es decir, la teoría BCS enunciada en 1957 por John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer, a partir de la cual se establece la temperatura crítica Tc por debajo de la cual aparece la fase superconductora. Poder llegar a controlar la distancia entre capas alternas en la superred equivale a rediseñar nuevos materiales superconductores dando paso a la ingeniería de superconductores artificiales.
Según explican los investigadores, lo más complicado en la fabricación de este tipo de dispositivos es conseguir ajustar la disposición de los átomos para la compatibilidad química entre las superficies de las capas alternas, dada la escala de los mismos. Pero lo más destacable desde el punto de vista técnico es que se ha logrado la inserción controlada de defectos –los nanohilos verticales de color verde de la figura– con el objetivo de que estos interacciones con los vórtices de flujo magnético en el superconductor de formas diferentes. De esta forma se pueden capturar dichos vórtices permitiendo una combinación intensa de campos magnéticos con un flujo de corriente limitado a través del dispositivo.
A partir de este punto, los investigadores se plantean nuevos retos para esta nuevo material con estructura nanométrica, como la posibilidad de superar la temperatura crítica de las superredes por encima de las de las capas de pnicturo y cuestiones técnicas como los efectos de los diferentes óxidos en las propiedades superconductoras de pnicturo de hierro. Por tanto, gracias a la nanotecnología y las características nanoestructurales de los nuevos materiales se abren nuevos campos que podrían ofrecer aplicaciones novedosas a medio plazo.
Imágenes | pixabay y nature materials
