Investigación Fundamental en Materiales Superconductores
Desde hace más de treinta años la comunidad científica ha dedicado mucho esfuerzo a entender el mecanismo que produce la superconductividad en los superconductores no convencionales y muy especialmente en los superconductores de alta temperatura crítica: cupratos y superconductores de hierro. El estudio se realiza tanto a nivel teórico como experimental. Además de superconductividad estos materiales presentan propiedades anómalas que suelen estar relacionadas con las fuertes interacciones entre los electrones y en muchos casos presentan estados magnéticos.
A nivel experimental se miden sus propiedades en laboratorios utilizando gran variedad de técnicas: fotoemisión, microscopía de efecto túnel, resonancia magnética nuclear, conductividad óptica, espectroscopía Raman, espectroscopía de neutrones, resistividad, conductividad térmica, oscilaciones cuánticas, aplicando presión, etc. Con estas técnicas se toman medidas, generalmente en pequeños cristales, tanto en el estado superconductor, como en el estado normal metálico y en el magnético. Desde el punto de vista teórico se proponen modelos, se calculan las propiedades que se esperan de estos modelos y se comparan con las que se observan experimentalmente. Para ello también se utilizan técnicas teóricas muy variadas.
La dificultad a la hora de entender las propiedades de los superconductores de alta temperatura ha llevado a un gran desarrollo de las técnicas de medición y cálculo. Estas técnicas se están aplicando también a materiales superconductores que se creían entendidos, lo que está permitiendo que se descubran nuevas propiedades.
También se investiga para descubrir nuevos materiales superconductores. En ocasiones se sintetizan materiales similares a superconductores ya conocidos, en otras la superconductividad se ha descubierto en familias completamente diferentes.
En los últimos años se ha estudiado la aparición de superconductividad en la interfaz entre dos materiales que forman una heteroestructura. Un campo emergente es el de los superconductores topológicos.
Superconductividad a escala nanométrica
A nivel nanométrico se estudia cómo cambian las propiedades de un superconductor cuando una o varias de sus dimensiones se reducen al tamaño de pocos átomos. También se crean hetero-estructuras híbridas formadas por materiales superconductores y materiales metálicos, semiconductores o con puntos cuánticos y se estudia cómo conectar dos tipos de materiales diferentes de dimensión reducida modifica sus propiedades.
En la investigación de la superconductividad en la nano-escala se trabaja más habitualmente con superconductores convencionales como el plomo, el alumnio o el estaño, ya que en volumen sus propiedades están mejor entendidas. Muy frecuentemente se estudian propiedades de transporte electrónico.
En la última década la superconductividad en la nano-escala se ha estudiado mucho dentro del contexto de la posible aplicación de dispositivos con uniones Josephson a la computación cuántica. Una de las ramas más activas en este momento busca detectar en sistemas híbridos los fermiones de Majorana, una partícula que es su propia antipartícula.
Aplicaciones y Optimización de Materiales
En el ámbito de las aplicaciones gran parte de la investigación se centra en la optimización y el abaratamiento de cintas, hilos y láminas superconductoras, en particular en los procesos de producción y el anclaje de vórtices que permitan aumentar las corrientes y campos críticos que pueden soportar los materiales producidos en condiciones aptas para su comercialización.
También se trabaja en el desarollo de imanes super-potentes para el acelerador LHC, en detectores de luz superconductores, limitadores de corriente y en generadores, entre otras aplicaciones.