sustrato de silicio

Una gota se desprende de la boquilla del grifo y tras ella se estira un hilo fino. En el último instante, el hilo no se rompe en un solo punto, sino en dos a la vez, y entre ellos queda suspendida una diminuta esfera: la gota satélite.

Se puede hacer que la luz gire a voluntad, como el agua en una manguera, si se sabe dónde presionar. Eso es exactamente lo que hacen los circuitos electroópticos: cambian la dirección del haz dentro del chip mediante un campo eléctrico.

Una gota de agua sobre el vidrio tiembla y brilla: parece tener vida propia. Un comportamiento similar ahora puede verse en el mundo de los coloides: partículas diminutas suspendidas en un líquido. Los investigadores simularon en computadora partículas que emiten señales químicas. Estas señales, como olores en el aire, se propagan alrededor y hacen que los vecinos se acerquen o se alejen.

Dos láminas transparentes con círculos dibujados. Si se superponen exactamente, los círculos coinciden. Pero basta con girar ligeramente una lámina para que aparezca un nuevo patrón: en unos sitios los círculos se agrupan, en otros se separan. Así funciona más o menos el efecto muaré: un dibujo inesperado que surge al girar dos estructuras periódicas.

Imagina una capa multicapa donde las capas de metal y aislante se alternan como las hojas de un libro. Esta estructura puede hacer invisible a un observador el objeto escondido en su interior. La luz lo rodea, como el agua fluye suavemente alrededor de una piedra lisa: sin ondas ni salpicaduras, sin reflejos ni sombras.

Una hoja de papel normal parece blanca porque dispersa caóticamente todos los rayos. Pero el ala de una mariposa brilla en azul y verde sin una sola gota de pintura: su superficie está cubierta de surcos microscópicos que apagan unas ondas de luz y amplifican otras.

En un cristal se puede generar un sonido de tan alta frecuencia que el oído humano no lo percibe, y hacer que ese sonido corra en círculos, como un tren por una vía circular. Los ingenieros tomaron una fina película de nitruro de silicio, la depositaron sobre un sustrato de niobato de litio y grabaron en ella pistas para ondas sonoras.

Los circuitos superconductores suelen construirse sobre uniones Josephson, lugares donde la corriente fluye sin resistencia a través de una barrera delgada. Normalmente, esa barrera es una capa de óxido, pero sus propiedades son difíciles de controlar a escala nanométrica.

Un termómetro de cocina común muestra la temperatura a la que el mercurio deja de oponer resistencia a la electricidad. Para los superconductores con los que se fabrican las computadoras cuánticas, la temperatura crítica es como un pasaporte de calidad: cuanto más alta, mejor.

Los circuitos integrados dentro de los teléfonos inteligentes y los ordenadores son cada vez más densos: miles de millones de transistores empaquetados en un trozo de silicio del tamaño de una uña. Al funcionar, desprenden calor como diminutas estufas. Si no se disipa, el chip se sobrecalienta, empieza a fallar o se estropea.

El bismuto bidimensional sobre un sustrato de silicio es un material prometedor para la electrónica del futuro. Sus bordes conducen la corriente sin pérdidas, como una autopista de alta velocidad sin semáforos. Pero el bismuto es delicado: el aire y la humedad deterioran rápidamente sus propiedades.

Un ordenador cuántico se parece a un instrumento musical: incluso una diminuta rayadura en una cuerda estropea el sonido. En lugar de cuerdas, tenemos resonadores superconductores: finas pistas de nitruro de titanio sobre una oblea de silicio.

El silicio es como un bloque de construcción universal: con él se fabrican los chips de los teléfonos, los paneles solares y los láseres. Pero si se comprime con una fuerza enorme, los átomos se reorganizan en nuevos patrones: estas formas se llaman alótropos. Uno de ellos, el Si-XIII, se observó por primera vez hace más de veinte años, pero su patrón exacto seguía siendo un enigma.

El hidrógeno es un combustible limpio: al quemarse solo produce agua. Pero para extraerlo del agua hay que romper el fuerte enlace entre el hidrógeno y el oxígeno. Normalmente se utiliza platino, un metal caro.

Un bit cuántico es como una peonza que debe girar durante mucho tiempo sin tambalearse. En el germanio, los científicos han aprendido a poner en marcha estas peonzas, pero el suelo siempre tiembla: las interferencias eléctricas perturban el giro.

La joven estrella PDS 66 está rodeada por un disco plano de gas y polvo, la cuna de futuros planetas. En las frías regiones exteriores de un disco así, el silicio y el azufre suelen estar ocultos en los granos de polvo, pero los astrónomos han observado una brillante mancha de gas a unas 60 unidades astronómicas de la estrella.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta donde cada músico debe tocar en perfecta armonía. Si un solo instrumento desafina, la melodía se desmorona. Los cúbits superconductores actúan como esos músicos, y su 'desafinación' es la pérdida de coherencia cuántica.

Una almohadilla de goma común amortigua las vibraciones como una manta gruesa apaga el sonido: cuanto más gruesa y pesada, mejor. Los ingenieros llevan tiempo soñando con un material que sea ligero pero que "devore" las oscilaciones tan bien como un amortiguador macizo.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta que antes de cada pieza debe afinar sus instrumentos. La afinación lleva tiempo y exige silencio —en nuestro caso, frío profundo. Para los chips de silicio con átomos de boro, esa afinación suele hacerse con microondas, lentamente y solo a temperaturas inferiores a 2 kelvin (menos 271 grados Celsius).

Una gota de café sobre la mesa se seca y deja un anillo: las partículas de café se acumulan en el borde. Si en la gota flotan nanopartículas cargadas, el panorama se enriquece: el sedimento se agrieta como barro en un charco seco. Los físicos estudiaron cómo la carga de las partículas y la superficie sobre la que se seca la gota modifican estas grietas.

Una oblea de silicio es como la masa para galletas. La calientas en el horno y en su interior aparecen pequeñas pasas: defectos en la red cristalina que pueden emitir fotones individuales. Estas "pasas" se llaman centros de color y son necesarias para los ordenadores cuánticos y las comunicaciones seguras.

La luz normalmente tiende a dispersarse en todas direcciones, como las salpicaduras de una piedra lanzada al agua. Pero se puede atrapar en una jaula invisible donde gira en círculos casi sin perder energía. Eso es exactamente lo que lograron los físicos con el material magnético CrSBr, un cristal laminar que puede exfoliarse en láminas de unos pocos átomos de espesor.

La luz, al atravesar un vidrio de ventana, se refracta por igual en todas las direcciones. Pero en los cristales laminares delgados ocurre algo distinto: la luz que viaja a lo largo de las capas percibe el material de manera diferente a la que viaja a través de ellas.

Se puede atrapar la luz en un espacio más pequeño que una mota de polvo. Los cristales fotónicos son redes que impiden que la luz se disperse y la obligan a circular. Antes, estas estructuras se cultivaban sobre un sustrato macizo y resultaban demasiado voluminosas para las células vivas.

El helio sobre grafito se comporta como un acróbata que se desliza por la cuerda floja y, al mismo tiempo, mantiene la postura.

En lo profundo de un laboratorio subterráneo, un detector del tamaño de una habitación espera un evento que podría ocurrir una vez cada cien mil millones de años. Es la doble desintegración beta sin neutrinos, un proceso que violaría una de las leyes más importantes de la física.

Un ordenador cuántico se parece a una orquesta que solo toca en silencio absoluto. El más mínimo ruido y la frágil melodía se desmorona. Para los dispositivos cuánticos, ese ruido es el calor: incluso la débil radiación infrarroja de los componentes cercanos calienta los cúbits y borra sus estados cuánticos.

Un rayo láser normalmente se parece a una columna de luz uniforme. Pero si se hace pasar a través de una lámina con un patrón más fino que un cabello, el rayo se dispersa en miles de diminutos bolsillos de luz. En cada bolsillo se puede suspender un átomo, como un guisante en un hoyo.

Dos piezas de grafito se frotan entre sí y la resistencia desaparece, como si una película invisible de aceite las separara. Antes, esto solo se veía bajo el microscopio, en puntos de contacto diminutos.

Un reactor de fusión se asemeja a una caldera gigante donde se «cuece» helio a partir de hidrógeno. El plasma en su interior alcanza 150 millones de grados, diez veces más caliente que el núcleo del Sol. Pero como en cualquier caldera, aquí se forma sarro: impurezas dañinas que se depositan en las paredes y apagan el plasma.

Para que los bits cuánticos basados en electrones funcionen sin fallos, necesitan un sustrato de una lisura impecable, como un espejo que no distorsiona el reflejo.