Un lápiz magnético para la orquesta superconductora ✛
Un superconductor se parece a una orquesta que toca sin una sola nota falsa, hasta que el director gira la perilla de afinación. En este nuevo trabajo, esa perilla resultó ser la historia magnética de los contactos de níquel. Los científicos crearon micromembranas superconductoras de los óxidos LaAlO3 y SrTiO3, donde en la interfaz entre los dos materiales surge una capa delgada de electrones libres: un gas de electrones bidimensional. A esta capa oculta se conectaron contactos ferromagnéticos de níquel a través de la pared lateral, algo que antes se consideraba casi imposible.
Los tres dispositivos pasaban al estado superconductor a temperaturas de entre 100 y 200 milikelvins, es decir, apenas por encima del cero absoluto. La corriente fluye por ese conductor sin resistencia, como el agua por una tubería perfectamente lisa. Pero cerca hay contactos de níquel magnetizados, y su campo magnético interfiere con el movimiento de los electrones en pares. Resultó que un campo magnético externo puede compensar con precisión esa influencia: la resistencia caía a cero no en campo nulo, sino con un desplazamiento de aproximadamente 45 militeslas en una u otra dirección.
El campo magnético de los contactos actúa sobre los electrones como un viento lateral sobre un corredor. Con un campo dirigido a lo largo del plano de la membrana, la corriente crítica resultó ser aproximadamente cinco veces mayor que con un campo perpendicular. La razón es simple: el campo de dispersión de las películas delgadas de níquel es más débil en el plano, por lo que a los electrones les resulta más fácil mantener su danza en pareja. Los científicos construyeron un modelo que relaciona el campo externo, la magnetización de los contactos y el campo efectivo que siente el superconductor. El coeficiente de acoplamiento fue de 1.69×10⁻⁷ henrios por metro, lo que permitió reconstruir el ciclo de histéresis del níquel directamente a partir de mediciones de transporte.
Antes no estaba claro si se podían conectar contactos ferromagnéticos a un gas bidimensional superconductor en una interfaz enterrada sin destruir la superconductividad. Ahora se ha demostrado que sí se puede. Más aún, el estado magnético de los contactos funciona como una perilla de ajuste: al girarla, cambiamos el campo efectivo en el gas bidimensional y controlamos la corriente crítica. Este es el primer caso en que un superconductor y un ferromagneto coexisten en una misma micromembrana de óxido con contacto lateral.
La orquesta de la primera frase ahora suena de otra manera. No solo escuchamos su interpretación, sino que podemos girar la perilla de ajuste sabiendo que cada nota depende de cómo se giró la perilla antes. El siguiente paso es aprender a controlar dos contactos de forma independiente para obtener una transición ferromagneto-superconductor-ferromagneto y comprobar si allí nacen pares de Cooper tripletes. Entonces la espintrónica superconductora dejará de ser una promesa y se convertirá en una herramienta de trabajo.
El campo de compensación de ±45 mT corresponde a una magnetización del níquel de aproximadamente 2.5×10⁵ A/m, cercana a la saturación de películas delgadas de níquel. Esto significa que, a ese campo, los contactos siguen completamente magnetizados y su campo de dispersión puede compensarse con precisión mediante el campo externo.