Descubrimiento del superconductor unidireccional, que antes se creía imposible

¿Cuál es la diferencia entre semiconductor y superconductor?

Los semiconductores y superconductores son materiales que permiten el paso de corriente eléctrica a través de ellos. Por lo tanto, son conductores eléctricos, pero tienen diferencias fundamentales.

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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 las variaciones de temperatura, campos magnéticos y cualquier impureza presente en el material.

En un semiconductor, los elementos son cristales cuyos átomos están dispuestos en 3D con presencia de 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. Durante su diseño, un semiconductor puede estar compuesto por un conjunto de varios elementos, como el arseniuro de galio, que contiene arsénico y galio.

UNO superconductor es decir, un conductor eléctrico tiene un valor de conductividad eléctrica mayor que el valor de conductividad de un conductor. A menudo, un superconductor es un elemento químico o una mezcla de elementos que se vuelve casi completamente no resistente al paso de la electricidad cuando se enfría a una temperatura determinada. Un superconductor, por tanto, permite el paso de la electricidad sin pérdida de energía. Esta es la razón por la cual la corriente eléctrica que fluye a través de un superconductor se llama supercorriente.

Esta pérdida de resistencia eléctrica a una determinada temperatura 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 vuelven superconductores cuando se enfrían por debajo de su Tc. Los materiales de tipo 2 conducen mal o no conducen la corriente a temperatura ambiente y se vuelven superconductores cuando la temperatura se reduce por debajo de su Tc.

Una capa muy delgada para un diodo superconductor

Los diodos son elementos electrónicos en los que la electricidad debe fluir en un solo sentido. 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. Los superconductores que tienen resistencia cero, por lo tanto, nunca se utilizan para su fabricación.

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

Utilizaron un material que tiene un campo eléctrico incorporado llamado niobio-3 bromo-8, intercalado entre dos capas de un material superconductor. El conjunto se puede considerar como un sistema 2D por lo que su espesor no supera el espesor atómico.

Los investigadores se dieron cuenta de que cuando un flujo de electrones pasa a través del 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. ¡Este descubrimiento bastante inesperado no había sido anticipado por los científicos y los investigadores aún no entienden el funcionamiento exacto de este sistema!

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Ahorro de energía e interesantes aplicaciones prácticas.

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

El uso de este nuevo tipo de superconductor podría permitir que estos servidores consuman mucha menos electricidad, ya que no presentan resistencia y, por lo tanto, no presentan pérdida de calor. 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 permitiría un procesamiento de la información mucho más rápido que con los sistemas actuales.

Este diodo es también la puerta abierta a grandes avances en el campo de la computación cuántica. Este nuevo diodo implica el efecto Josephson, que permite que los electrones atraviesen un espacio entre dos superconductores.

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

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