Nuevos dispositivos de alta temperatura: su impacto en computación cuántica

Ciencias de la Vida y de la Materia Conversaciones online desde la Fundación Ramón Areces Lunes, 9 de mayo de 2022, 19:00 horas ONLINE desde: www.fundacionareces.tv/directo

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Una investigación internacional liderada por la Universidad Complutense de Madrid (UCM) ha conseguido desarrollar dispositivos cuánticos combinando materiales ferromagnéticos entre dos superconductores a temperaturas relativamente altas. Estos dispositivos combinan la funcionalidad de memoria de los ferromagnéticos con la coherencia cuántica de los dispositivos cuánticos, abriendo así nuevas posibilidades para la aplicación en computación.

El trabajo, publicado en Nature Materials, ha conseguido fabricar uniones Josephson combinando óxidos superconductores de alta temperatura YBa2Cu3O7 (YBCO) y óxidos ferromagnéticos La0.7Sr0.3MnO3 (LSMO), demostrando así, por primera vez, la existencia del efecto Josephson ferromagnético a temperaturas elevadas y para espesores muy grandes del separador ferromagnético.

Las uniones Josephson son dispositivos basados en el acoplamiento de dos superconductores a través de un separador o barrera, lo que da lugar a una corriente eléctrica superconductora, es decir, que fluye sin disipación de energía.

Estudios previos a este habían conseguido utilizar este tipo de dispositivos, que de hecho sirven como base de los nuevos ordenadores cuánticos, pero eran necesarias temperaturas extremadamente bajas (en el rango de las decenas de mili Kelvin), lo que dificultaba su implementación práctica. El punto clave es que en este estudio se observa el efecto Josephson a una temperatura de unos 30-40 K lo que facilita enormemente su aplicación.

Desde el punto de vista de la investigación en Materiales, un avance fundamental ha sido la calidad atómicamente perfecta de la interfase entre el YBCO y el LSMO establecida mediante estudios de microscopía electrónica de aberración corregida combinada con espectroscopia de pérdida de energía de los electrones (EELS) en la ICTS (Instalación Científico Tecnológica Singular) Centro Nacional de Microscopía Electrónica. Esto ha permitido la realización del efecto Josephson de larga distancia y permitirá la fabricación de dispositivos más complejos.

Los nuevos dispositivos se basan en la generación de supercorrientes que fluyen sin disipación de energía que pueden leer, almacenar y manipular la información del estado de espín de manera coherente, abriendo la puerta a una estrategia de computación de gran eficiencia energética capaz de unir las funcionalidades de computación y memoria en el mismo dispositivo.

Lunes, 9 de mayo

19:00 h.

Conversación online desde la Fundación Ramón Areces

Nuevos dispositivos de alta temperatura: su impacto en computación cuántica

José María González Calbet
Universidad Complutense de Madrid.

Jacobo Santamaría Sánchez-Barriga
Universidad Complutense de Madrid.

María Vallet Regí
Consejo Científico de la Fundación Ramón Areces.

José María González Calbet

Catedrático de Química Inorgánica de la Universidad Complutense de Madrid. Investigación en Química de Estado Sólido dirigida al estudio de la reactividad de óxidos metálicos de transición y la influencia de sus variaciones de composición en su estructura y comportamiento funcional. Más de 500 trabajos publicados, 21 tesis dirigidas. Gestor del Plan Nacional de Materiales 1993-1996.

Director del grupo Complutense de investigación (con mención de excelencia) “Materiales Inorgánicos Funcionales”, formado por ocho profesores permanentes, tres profesores ayudantes doctores, dos investigadores postdoctorales y tres predoctorales. La investigación se dirige a la síntesis y estudio de óxidos y nanoóxidos mixtos de metales de transición que presentan diferentes tipos estructurales, en particular, perovskitas cúbicas y hexagonales, holanditas y otras estructuras laminares y con túneles. Se utilizan las técnicas difractométricas y la microscopía electrónica de última generación para caracterizar con resolución atómica el orden a corta y a larga distancia de las subredes catiónicas y aniónicas y la influencia de la no estequiometría en diversas propiedades funcionales como la magnetorresistencia colosal, la conductividad y la actividad catalítica.

Jacobo Santamaría Sánchez-Barriga

Catedrático del departamento de Física de Materiales de la Facultad de Física de la Universidad Complutense de Madrid. Director del grupo Complutense de investigación (con mención de excelencia) en Física de Materiales Complejos GFMC. Investigación (experimental) en Física de Materia Condensada: fabricación de nanoestructuras de óxidos correlacionados para el estudio de escenarios de magnetismo y superconductividad. Más de 250 trabajos publicados, 18 tesis dirigidas. Más de 100 ponencias en congresos. Fellow de la Sociedad Americana de Física. D´Alembert Fellow de la Universidad Paris Saclay. Editor de Physical Review Materials de la American Physical Society. Gestor del Programa de becas FPU (área de Ciencias) 2008-2011. Gestor del Plan Nacional de Materiales 2011- 2015. Gestor del Programa Explora de la Agencia Estatal de Investigación AEI (2015-2018).

Descripción del grupo GFMC: El Grupo de Física de Materiales Complejos, integrado en el Departamento de Física de Materiales de la Facultad de Ciencias Físicas de la Universidad Complutense de Madrid, está liderado por el profesor Jacobo Santamaría (CU), y formado en la actualidad por 8 profesores permanentes, 4 profesores ayudantes doctores, y 9 investigadores contratados (3 postdoctorales y 6 predoctorales).

La investigación del grupo está dirigida a la fabricación y estudio de películas delgadas, heteroestructuras, interfases y nanoestructuras basadas en óxidos de metales de transición, con especial énfasis en la funcionalización de efectos de interfase, donde emergen fases electrónicas con posibles aplicaciones en magnetismo, superconductividad, ferroelectricidad y conductividad iónica. Los materiales incluyen manganitas de magnetorresistencia colosal, cupratos superconductores de alta temperatura, aislantes de bandas, aislantes de Mott, ferroeléctricos y electrólitos sólidos. Los dispositivos son nanoestructuras planares para transporte lateral y uniones túnel fabricadas mediante técnicas de litografía óptica y de haz de electrones en nuestro laboratorio. El grupo dispone de un laboratorio de nanofabricación, otro de crecimiento y otro de medidas de magnetotransporte situados en los locales de la Facultad de Fisica de la Universidad Complutense de Madrid. El grupo forma parte del Laboratorio de Heteroestructuras con Aplicaciones en Espintrónica, como unidad asociada al Instituto de Ciencia de Materiales de Madrid (CSIC).

María Vallet Regí

Doctora en Ciencias Químicas. Catedrática en la Universidad Complutense y líder del grupo de Biomateriales Inteligentes (GIBI), integrado en el CIBER-BBN y en el Instituto de Investigación i+12. Académica de las Reales Academias de Ingeniería (RAI) y Nacional de Farmacia (RANF) y Fellow de Biomaterials Scienceand Engineering (FBSE) y del American Institute forMedical and Biological Engineering (AIMBE).

Pionera en el campo de los materiales cerámicos mesoporosos con aplicación en biomedicina. Su trabajo descubrió, por vez primera, las aplicaciones biomédicas potenciales de estos materiales, particularmente en el campo de la regeneración ósea y sistemas de liberación controlada de fármacos. Es autora de más de 750 artículos científicos, 14 libros, 40 capítulos de libro y 13 patentes. Su índice h es 110, ha sido citada más de 53.300 veces y pertenece a la lista “Highly Cited Researcher 2018” (Clarivate Analytics). María Vallet, primera científica española según PLOS Biology y una de las tres únicas mujeres en el ranking de los 100 investigadores españoles con índice h más alto en cualquier área de conocimiento, encabezando la lista del ranking de las 466 más importantes investigadoras, de entre 785 analizadas, residentes en España ordenadas por su índice fh medio (fhm).

Ha recibido varios premios nacionales e internacionales, entre ellos el Jaume I 2018 en Investigación Básica, el Premio Nacional de Investigación 2008, el Premio Franco-Español 2000 de la Societé Française de Chimie, Premio RSEQ 2008 en Química Inorgánica, Premio FEIQUE de Investigación 2011, Medalla de Oro de la RSEQ 2011, IUPAC 2013 Distinguished Women in Chemistry and Chemical Engineering, Premio de Investigación Miguel Catalán 2013, Lilly Distinguished Career Award in Chemistry 2016, Premio Julio Peláez a Pioneras de las Ciencias Físicas, Químicas y Matemáticas de la Fundación Tatiana Pérez de Guzmán el Bueno 2017 y premio de la primera edición del Margarita Salas a la carrera científica de la Comunidad de Madrid 2021. Doctora Honoris Causa por las Universidades del País Vasco y Jaume I, Rovira y Virgili y Murcia.