Los científicos han logrado un gran avance en la tecnología de semiconductores al producir con éxito una forma superconductora de germanio, un material ampliamente utilizado en chips de computadora y fibra óptica. Este desarrollo, reportado en la revista Nanotecnología de la naturalezapodría potencialmente revolucionar diversos productos de consumo y tecnologías industriales al mejorar la velocidad operativa y la eficiencia energética.
Los superconductores son materiales que pueden conducir electricidad sin resistencia, permitiendo un flujo ilimitado de corrientes eléctricas sin pérdida de energía. Lograr esta propiedad en materiales semiconductores como el silicio y el germanio ha presentado históricamente desafíos debido a la dificultad de mantener una estructura atómica estable que admita el comportamiento de conducción deseado.
El equipo internacional de investigadores, incluidos físicos de la Universidad de Nueva York y la Universidad de Queensland, se centró en manipular la estructura atómica del germanio introduciendo un elemento más blando: el galio. Este método, conocido como «dopaje», consiste en dotar al semiconductor de elementos adicionales para cambiar sus propiedades eléctricas. Sin embargo, los niveles crecientes de galio pueden provocar inestabilidad dentro de la estructura cristalina del material, lo que dificulta lograr la superconductividad.
En su innovador trabajo, los científicos utilizaron técnicas avanzadas de rayos X para demostrar un nuevo método para incorporar átomos de galio en la red cristalina de germanio en niveles más altos de lo normal, sin comprometer la estabilidad. Al controlar cuidadosamente las condiciones de crecimiento, pudieron deformar ligeramente la estructura cristalina de germanio, permitiéndole conducir electricidad sin resistencia a temperaturas de alrededor de 3,5 Kelvin o -453 grados Fahrenheit.
Julian Steele, físico de la Universidad de Queensland, destacó que el uso de epitaxia de haces moleculares para este proceso permitió la integración precisa del galio en la estructura del germanio. Esta técnica es esencial para lograr la precisión estructural necesaria para comprender y controlar la aparición de superconductividad en estos materiales.
Javad Shabani, físico de la Universidad de Nueva York y director del Instituto Cuántico de la universidad, destacó las aplicaciones potenciales de este innovador germanio en futuros circuitos cuánticos, sensores y electrónica criogénica de baja potencia, todos los cuales requieren interfaces limpias entre las regiones superconductoras y semiconductoras.
Como material versátil que ya se utiliza en varias tecnologías avanzadas de semiconductores, la comprensión de que el germanio puede diseñarse para exhibir superconductividad abre la puerta a dispositivos cuánticos escalables y listos para fundición. Las implicaciones de este descubrimiento son profundas y presagian una nueva era en la investigación y la tecnología de semiconductores.
