La superconductividad y la computación cuántica son dos campos que han trascendido los círculos teóricos para entrar en la conciencia popular. El Premio Nobel de Física de 2025 fue otorgado por trabajos en circuitos cuánticos superconductores, que tienen el potencial de impulsar computadoras ultra poderosas. Sin embargo, lo que puede ser menos conocido es que estas tecnologías prometedoras a menudo requieren temperaturas criogénicas, cerca del cero absoluto. Lamentablemente, pocos materiales pueden soportar tales extremos, ya que sus propiedades físicas deseadas desaparecen en condiciones de frío extremo.
Un nuevo estudio publicado en la revista Science revela que un equipo de ingenieros de la Universidad de Stanford ha identificado un material prometedor: el titanato de estroncio, o STO, que no solo mantiene sus características ópticas y mecánicas a temperaturas extremadamente bajas, sino que, de hecho, las mejora significativamente, superando a los materiales existentes por un amplio margen.
Innovaciones en materiales criogénicos
Los investigadores sostienen que estos hallazgos sugieren que el STO podría convertirse en un componente fundamental para nuevos dispositivos mecánicos y ópticos basados en luz que lleven la computación cuántica, la exploración espacial y otros campos a un nuevo nivel. El titanato de estroncio presenta efectos electroópticos 40 veces más fuertes que el material electroóptico más utilizado en la actualidad. Además, su funcionalidad a temperaturas criogénicas es beneficiosa para construir transductores y conmutadores cuánticos, que son cuellos de botella en las tecnologías cuánticas, según explica Jelena Vuckovic, profesora de ingeniería eléctrica y autora principal del estudio.
Los efectos fotónicos del STO son descritos como «no lineales», lo que significa que al aplicar un campo eléctrico, el material modifica significativamente sus propiedades ópticas y mecánicas. Esta no linealidad óptica puede ser aprovechada para cambiar la frecuencia, fase, intensidad y la curvatura de la luz de formas y grados que otros materiales no pueden alcanzar. Los ingenieros pueden utilizar estos efectos para crear nuevos dispositivos a bajas temperaturas que, de otro modo, no serían posibles.
El titanato de estroncio también es piezoeléctrico, lo que implica que se expande y contrae físicamente cuando se aplica un campo eléctrico, abriendo la posibilidad de nuevos dispositivos electromecánicos que operen en condiciones criogénicas. Los investigadores señalaron que estas observaciones podrían hacer que el STO sea particularmente valioso en los fríos espacios del exterior o en los tanques de combustible criogénicos de los cohetes.
Si bien el STO no es un material nuevo y ha sido estudiado durante décadas, nunca se había analizado en el contexto de la óptica eléctrica controlada criogénicamente. «No es particularmente especial. No es raro. No es caro,» afirma Giovanni Scuri, coautor del estudio. «De hecho, a menudo se ha utilizado como un sustituto del diamante en joyería o como sustrato para otros materiales más valiosos. A pesar de ser un material ‘de libro de texto’ estudiado durante años, su rendimiento es excepcional en un contexto criogénico.»
El equipo ha descubierto que, al añadir isótopos de oxígeno al cristal, llevaron al STO hacia un umbral clave conocido como criticidad cuántica, logrando resultados aún más impresionantes. Anderson destaca que «al añadir solo dos neutrones a exactamente el 33% de los átomos de oxígeno en el material, la sintonización resultante aumentó por un factor de cuatro». Esta precisión en la manipulación del material resalta su potencial para aplicaciones futuras.
Además, el titanato de estroncio presenta otras características prácticas que deberían atraer a los ingenieros. Puede ser sintetizado, modificado estructuralmente para ajustar sus propiedades y procesado utilizando equipos de fabricación convencionales, todo a escala de obleas. Estas características sugieren un gran potencial para la adopción más amplia del STO en aplicaciones cuánticas criogénicas, como los conmutadores para láseres que permiten a las computadoras cuánticas transmitir o manipular datos.
Vuckovic menciona que el estudio fue financiado en parte por la industria, incluidos Samsung y el equipo de computación cuántica de Google, que están en búsqueda de nuevos materiales para sus dispositivos. El equipo ahora se centra en la realización de nuevos dispositivos criogénicos basados en titanato de estroncio, lo que podría marcar un avance significativo en la tecnología cuántica.
Fuente: larepublica.es
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