NeoFronteras

Logran medir un efecto mecánico-cuántico postulado hace tiempo consistente en la presencia de corriente persistente en anillo no superconductor.

Imagen de microscopía de uno de los anillos empleado. Foto: Jack Harris, Yale University.

Unos físicos de la Universidad de Yale han conseguido realizar la primera medida de una corriente persistente, una corriente eléctrica que fluye de manera natural por un anillo metálico no superconductor sin aplicación de un fuente de corriente externa.
Desde hace mucho tiempo se sabe que es posible tener una corriente perpetua en un anillo superconductor, pues este tipo de materiales no presenta resistencia al paso de la corriente por debajo de cierta temperatura. De hecho se ha llegado a pensar en sistemas superconductores de este tipo que almacenen energía eléctrica sin pérdidas.
Pero en este caso se trata de anillos metálicos resistivos, es decir no superconductores, y la corriente es tan débil que es muy difícil de medir. El equipo de investigadores usó un cantilever nanométrico (similar al trampolín de una piscina) para poder medir indirectamente esta corriente persistente a través del campo magnético que produce. El logro se publicó el pasado día 9 en Science.
Esta corriente que va en contra de la intuición es el resultado de un efecto mecánico-cuántico que afecta a cómo los electrones viajan a través de los metales, y surge del mismo tipo de movimiento que permite a los electrones de un átomo orbitar alrededor del núcleo. Como resultado de este efecto una minicorriente (1 nanoamperio o menos) fluye por siempre por un anillo resistivo pequeño incluso sin la aplicación de un voltaje.
El efecto fue propuesto de forma teórica hace décadas, pero es tan débil y sensible al ruido ambiental que hasta ahora no había sido posible medirlo (lo típico es refrigerarlo a 1 K). El anillo debe de tener además un tamaño del orden del grosor del cableado de los chips modernos (por debajo de una micra), así que abrirlo en un punto para colocar un amperímetro es una idea absurda.
En el pasado se intentó medir este fenómeno con un SQUID que es un sistema superconductor capaz de medir campos magnéticos de manera muy precisa, en el orden de la unidad cuántica de campo magnético. Curiosamente un SQUID es precisamente otro anillo pequeño, esta vez superconductor, al que se ha aplicado una o dos uniones Josephson. Sin embargo, en este caso los resultados obtenidos con SQUID eran contradictorios e inconsistentes.
Según Jack Harris, lider del proyecto, se daba por hecho que un SQUID era la herramienta adecuada para medir campos magnéticos extremadamente débiles. Según él era muy optimista por su parte pensar que un dispositivo nanomecánico pudiera ser más sensible que un SQUID.
Los investigadores usaron cantilevers para detectar cambios en el campo magnético producido por la corriente según ésta fluía por un anillo de aluminio. El montaje experimental les permitió obtener medidas un orden de magnitud más precisas que en intentos previos. Además midieron la corriente persistente en una amplia gama de temperaturas y tamaños de anillo como nunca antes.
Según Harris estas medidas podrían decirnos algo acerca de cómo los electrones se comportan en los metales y añade que el hallazgo podría dar lugar a una mejor comprensión de cómo los qubits (¿cubits?) que se usan en computación cuántica se ven afectados por el ambiente. También quizás ayude a saber cómo se podrían usar metales como si fueran superconductores.

Fuentes y referencias:
Nota de prensa.
Artículo original (resumen).