Una molécula más o menos altera el vínculo con un superconductor

Cuente los eslabones. En una cadena molecular de unas pocas unidades, una más o una menos bastan para decidir si la cadena interactúa o no con un superconductor. Investigadores del centro de investigación CIC nanoGUNE, junto con químicos de la Universidad de Santiago de Compostela, lo han demostrado sobre una superficie a escala atómica, y publican el resultado en la revista Nature.

Las cadenas están formadas por triangulenos, pequeños fragmentos triangulares de grafeno que alojan cada uno un espín, un diminuto momento magnético igual a 1. Cuando estas unidades se acoplan, sus espines se combinan en un estado cuántico colectivo conocido como fase de Haldane, una teoría propuesta hace más de cuatro décadas. Una cadena formada por unidades de espín entero tiene una propiedad notable: transporta estados de espín fraccionario de 1/2 en ambos extremos. El equipo quería ver qué ocurre cuando esos extremos entran en contacto con un superconductor, un material que conduce la electricidad sin resistencia una vez enfriado en su estado superconductor.

La dificultad estaba en la propia superficie. El oro es la mejor plataforma para construir estas estructuras de carbono mediante síntesis sobre superficie, pero el oro no es superconductor. El niobio sí lo es, pero su entorno químico no permite ese tipo de síntesis. La solución del equipo fue hacer crecer una película de oro de 25 a 30 capas atómicas de grosor sobre un cristal de niobio. El oro adquiere superconductividad por su proximidad al niobio y conserva su propia química, de modo que las moléculas pueden construirse sobre una superficie que se comporta como un superconductor.

Con microscopía y espectroscopia de efecto túnel, los investigadores midieron las cadenas una a una y encontraron un claro efecto de paridad. En las cadenas de un número impar de triangulenos observaron una señal característica de interacción entre un momento magnético y el estado superconductor. En las de número par, esa señal desaparecía. Es el número de unidades, y no solo el material, lo que decide el acoplamiento. Para quienes diseñen dispositivos moleculares, eso significa que la interacción puede fijarse durante la síntesis, unidad a unidad.

Para el campo, la ganancia es poder activar o desactivar el acoplamiento según se diseñe. El investigador principal, Nacho Pascual, del CIC nanoGUNE, señala que las moléculas magnéticas son candidatas para bits cuánticos, y que un superconductor podría tanto leerlas como protegerlas del ruido, siempre que su interacción pueda controlarse; el estudio muestra una forma de conseguirlo. El equipo presenta el trabajo como una plataforma para explorar cómo los estados magnéticos y las fases topológicas interactúan con un superconductor, molécula a molécula. Apunta hacia futuros sensores y tecnologías cuánticas. No ofrece un calendario, y estos resultados siguen siendo mediciones de laboratorio que aún no se han convertido en dispositivos.