Estaneno, ¿el primer superconductor a temperatura ambiente?

Inspirados en el grafeno, un equipo de físicos ha simulado el comportamiento de una lámina hecha de átomos de estaño y flúor. Bautizado como estaneno, este material se comportaría como un aislante topológico* dotado de propiedades de conducción que recuerda a un superconductor. Aunque no es en el sentido estricto un superconductor, el estaneno no opone ninguna resistencia a la conducción de electricidad a temperatura ambiente.

Los aislantes topológicos despertaron la curiosidad de muchos científicos debido a sus notables propiedades de conducción eléctrica que sugieren la realización de componentes electrónicos más rápidos. Dentro de un material este actúa como un aislante, pero su superficie conduce la corriente eléctrica.

Fue casi por casualidad que su descubrimiento se llevó a cabo. Fue el físico teórico Charles Kane estudiando detenidamente la conductividad de los electrones en una hoja de grafeno. El investigador se dio cuenta de que la conducción se puede producir de una manera que recuerda el famoso efecto Hall cuántico*, observado por primera vez en 1980. Pero en este caso, no era necesario enfriar un material con una temperatura muy baja y sumergirlo en un campo magnético.

Aislantes topológicos y ordenadores cuánticos

Avanzando en sus investigaciones, Kane demostró que el fenómeno era sutilmente diferente, y que podría suceder con otras estructuras en dos dimensiones. Este resultado ha llamado la atención de Joel Moore, que la extendió a las estructuras en 3D. Como el análisis matemático del fenómeno de la conducción de Kane implicaba consideraciones de topología, Moore llamó a la nueva clase de materiales descubiertos por su colega; aislantes topológicos.

El interés por los aislantes topológicos aumentó cuando se dieron cuenta de que podían contener los fermiones de Majorana*, y por lo tanto ayudar a realizar cálculos cuánticos naturalmente protegidos contra los efectos de la decoherencia*. En 2006, el físico Shoucheng Zhang, de la Universidad de Stanford, observó que ciertos tipos de núcleos pesados eran especialmente adecuados para la producción de aislantes topológicos. También pronosticó que un cristal a base de mercurio y telurio debería permitir verificar los cálculos de Kane y Moore. De hecho en 2007, Laurens Molenkamp y sus colegas anunciaron que existen aislantes topológicos. Por su trabajo, Charles Kane, Shoucheng Zhang y Laurens Molenkamp fueron galardonados con el Physics Frontiers Prize.

El estaneno, ¿un primo superconductor del grafeno?

La saga de los aislantes topológicos quizás haya experimentado un nuevo giro con el artículo publicado por la Universidad de Cornell cuyos autores son Shoucheng Zhang y sus colaboradores. En dicho artículo los físicos anunciaron que han realizado simulaciones por ordenador sobre las propiedades de conducción de un nuevo material. Los investigadores lo han denominado estaneno, ya que se compone principalmente de átomos de estaño formando una hoja en 2D similar al grafeno. Su nombre deriva del latín de estaño, es decir, "Stannum".

Al igual que todos los aislantes topológicos en 2D, el estaneno es conductor por sus bordes, pero aislando el interior de la hoja. Lo que es particularmente sorprendente, si nos fiamos de las simulaciones, es que la conducción de la electricidad se produce sin resistencia, como un superconductor, y muy importante, especialmente, a temperatura ambiente. Obviamente eso es lo que crea espectativas para una nueva electrónica.

Por el momento, y suponiendo que el estaneno posea esta extraordinaria propiedad de comportarse como los míticos superconductores pero a temperatura ambiente, Zhang Shoucheng vaticina su uso a nivel de las conexiones en un microprocesador. Pero también podemos imaginar una nueva generación de chips que consuman menos energía y más rápidos gracias al estaneno.

Para saber más:

- Aislante topológico

- Efecto Hall cuántico

- Fermión de Majorana

- Decoherencia cuántica

Autor del Original: Laurent Sacco

Créditos de las imágenes: Yong Xu, Tsinghua University, Grez Stewart, Brad Plummer, Slac.