Persoal investigador do Centro Singular de Investigación en Química Biolóxica e Materiais Moleculares da Universidade de Santiago de Compostela (CiQUS), en colaboración co grupo de Microscopía de Detección Cuántica de CIC nanoGUNE, demostrou que engadir ou retirar unha soa molécula dunha cadea cuántica pode cambiar radicalmente a súa interacción cun superconductor. A chave está na paridade: as cadeas cun número impar de unidades interaccionan magneticamente co superconductor, mentres que as que teñen un número par non o fan. Os resultados publicáronse na revista ‘Nature’.
As cadeas están formadas por triangulenos, pequenos fragmentos triangulares de grafeno que albergan un espín (S=1). Cando estas unidades magnéticas se enlazan entre si, os seus espíns interaccionan e forman un estado cuántico colectivo coñecido como fase de Haldane, predito teoricamente fai máis de catro décadas. Unha das súas propiedades máis singulares é que unha cadea construída con unidades de espín enteiro desenvolve nos seus dous extremos estados fraccionarios con espín, é dicir, obxectos cuánticos coa metade dese espín (S=1/2).
Superficies de ouro
O equipo investigador propúxose estudar que ocorre cando estes estados fraccionarios entran en contacto cun superconductor. O reto experimental radicaba en que as superficies de ouro, plataforma necesaria para fabricar nanoestruturas de carbono con precisión atómica, non presentan propiedades superconductoras, mentres que outros materiais superconductores como o niobio non ofrecen o mesmo contorno químico para este tipo de síntese.
Para superar esta limitación, desenvolveuse unha estratexia baseada no crecemento dunha película de ouro de entre 25 e 30 capas atómicas de espesor sobre un cristal de niobio. A película de ouro adquire superconductividade grazas á súa proximidade ao superconductor, e o resultado é unha plataforma que conserva o contorno químico do ouro e presenta, dende o punto de vista electrónico, as propiedades dun superconductor.
As medicións realizadas mediante microscopía e espectroscopía de efecto túnel revelaron un claro efecto de paridade: nas cadeas formadas por un número impar de triangulenos observouse un sinal característico da interacción entre un momento magnético e o estado superconductor, mentres que nas cadeas cun número par estes sinais desaparecen.
Diego Peña, profesor de investigación Oportunius que liderou o equipo do CiQUS, sinala que este traballo é un exemplo de como a investigación do centro contribúe ao avance das tecnoloxías cuánticas, combinando deseño molecular, síntese química e física de superficies. Nacho Pascual, profesor Ikerbasque en nanoGUNE, explica que as moléculas magnéticas son candidatas a servir como bits cuánticos e que estes resultados mostran un método para acender ou apagar a interacción das cadeas co superconductor cambiando a súa lonxitude nunha soa unidade. Ademais, segundo engade, o traballo establece unha plataforma para combinar a construción de materiais moleculares con precisión atómica e a superconductividade, o que permitirá explorar de forma controlada como estados magnéticos, correlacións cuánticas e fases topolóxicas interaccionan cun condensado superconductor.
O traballo foi financiado por MOLSENSE, un proxecto coordinado da Axencia Estatal de Investigación, e por CONSPIRA, un proxecto Advanced Grant do Consello Europeo de Investigación (ERC) dirixido por Nacho Pascual.
