En el ámbito de la espintrónica superconductora, un campo de investigación emergente que aúna magnetismo y superconductividad, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid han estudiado unos sistemas que transportan información magnética a largas distancias sin disipar energía. Se trata de sistemas híbridos formados por materiales como el vanadio o el hierro y una fina capa de óxido de magnesio. El hallazgo es un paso importante hacia una electrónica donde el calor desperdiciado y las pérdidas energéticas puedan reducirse drásticamente.
La electrónica del futuro podría depender de una extraña alianza entre dos fenómenos físicos que, durante mucho tiempo, parecían incompatibles: el magnetismo y la superconductividad. Esta es la idea central del trabajo que hemos publicado recientemente en Journal of Physics D.
La investigación se enmarca en un campo emergente llamado espintrónica superconductora. Mientras la electrónica convencional utiliza la carga de los electrones para transportar información, la espintrónica aprovecha además una propiedad cuántica llamada spin, relacionada con el magnetismo. Esto permitiría crear dispositivos mucho más rápidos, eficientes y con menor consumo energético.
Estructuras ultrafinas para aunar superconductividad y magnetismo
El gran desafío es que la superconductividad y el magnetismo normalmente no se llevan bien. Los superconductores permiten el paso de corriente sin pérdidas eléctricas, pero los materiales magnéticos suelen destruir ese delicado estado cuántico. El nuevo estudio muestra que existe una forma de hacerlos cooperar mediante estructuras ultrafinas construidas átomo a átomo.
En nuestra investigación analizamos sistemas híbridos formados por vanadio, hierro y una delgada barrera de óxido de magnesio (MgO). Aunque esta barrera es aislante, descubrimos que no bloquea completamente el transporte electrónico. De hecho, actúa como un filtro de simetría: deja pasar ciertos estados electrónicos y bloquea otros. Este efecto puede controlar cómo viajan los electrones entre los materiales magnéticos y superconductores.
Transportar información sin disipar energía
Además, el trabajo destaca la importancia del llamado acoplamiento espín-órbita, un fenómeno relativista que conecta el movimiento de los electrones con su spin. Gracias a este mecanismo, pueden generarse pares electrónicos especiales conocidos como tripletes, capaces de transportar información magnética a largas distancias sin disipar energía.
Uno de los aspectos más interesantes es que estas investigaciones combinan fenómenos cuánticos complejos con técnicas de ingeniería de materiales a escala nanométrica. En otras palabras, no se trata solo de descubrir nuevas leyes físicas, sino de aprender a diseñar materiales capaces de manipular electrones con una precisión extraordinaria.
Aplicaciones en tecnologías criogénicas de bajo consumo
Los resultados obtenidos por nuestro grupo abren la puerta a una nueva generación de tecnologías criogénicas de muy bajo consumo. Entre las posibles aplicaciones aparecen memorias magnéticas ultrarrápidas, sensores extremadamente sensibles, computación cuántica y sistemas de inteligencia artificial más eficientes energéticamente.
Aunque todavía estamos lejos de ver estos dispositivos en productos comerciales, el estudio representa un paso importante hacia una electrónica donde el calor desperdiciado y las pérdidas energéticas puedan reducirse drásticamente. En un mundo cada vez más dependiente de centros de datos, inteligencia artificial y computación avanzada, encontrar tecnologías más eficientes se ha convertido también en un desafío ambiental. La espintrónica superconductora podría ser una de las claves para resolverlo.
Este trabajo ha sido financiado por el Ministerio de Ciencia, Innovación y Universidades de España (PID2021-124585NB-C32, TED2021-130196B-C22 y PID2024-155399NB-I00, PRX24/00080, CEX2023-001316-M) y por Comunidad de Madrid (TEC-2024/TEC-380, Mag4TIC-CM).
Pablo Tuero, César González-Ruano, Igor Zutic, Yuan Lu, Coriolan Tiusan, Farkhad G Aliev, Superconducting spintronics with electron symmetry filtering and interfacial spin–orbit coupling, Journal of Physics D: Applied Physics, v. 59, 133003 (2026). Enlace de esta publicación en abierto es: https://doi.org/10.1088/1361-6463/ae4e3a
Autores del artículo divulgativo:
Farkhad Aliev Kazanski y Pablo Tuero
Universidad Autonoma de Madrid
César González-Ruano
Universidad Pontifica de Comillas
Igor Zutic
University of Buffalo, SUNY (EE.UU)
Yuan Lu
CNRS y Universidad de Loraine (Francia)
Coriolan Tiusan
Universidad de Cluj (Rumanía)
Fuente: Scientias
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