Recientes investigaciones llevadas a cabo por equipos de la Universidad Northwestern y la Universidad Aalto han puesto de manifiesto nuevas perspectivas en el estudio de los junctions de Josephson multiterminales, dispositivos a nanoescala que combinan materiales metálicos no superconductores con múltiples contactos superconductores. Estos dispositivos son considerados plataformas prometedoras para la exploración de fenómenos topológicos en la física de la materia condensada.
En un artículo publicado en la revista Physical Review Letters, los investigadores han propuesto un enfoque innovador basado en la recolección de mediciones de resistencia para observar las firmas topológicas en estos dispositivos. A través de su metodología, lograron descubrir patrones de resistencia que resultaron ser mucho más complejos de lo que la teoría física predecía.
Un nuevo enfoque experimental
Maxwell Wisne, autor principal del estudio, explicó que la inspiración para este trabajo surgió de una conferencia en el APS March Meeting, donde se discutió cómo la diferencia de fase superconductora en un junction de Josephson podría desempeñar un papel similar al del momento de los electrones en un cristal real. Esta idea ha abierto nuevas vías para experimentar con la física del efecto de proximidad superconductora.
El equipo de investigación se propuso determinar si era posible observar las firmas de este comportamiento topológico mediante la medición de la resistencia de dispositivos diseñados adecuadamente, en lugar de depender de la densidad de estados de túneles, lo que había sido el enfoque anterior. Según Venkat Chandrasekhar, autor senior del trabajo, la fabricación de dispositivos para mediciones de resistencia es notablemente más sencilla.
Para mapear el gap inducido por proximidad en materiales no superconductores en contacto con superconductores, los investigadores utilizaron mediciones de conductancia en cuatro terminales. Aunque este método es relativamente simple, detectar cambios de resistencia en miliohmios requirió minimizar el ruido en el sistema. La utilización de bobinas de campo en chip permitió inducir campos magnéticos localizados que facilitaron el control preciso de las fases en un espacio bidimensional.
Los resultados obtenidos no solo confirmaron la existencia de un comportamiento topológico, sino que también revelaron estructuras periódicas en la resistencia que reflejan la naturaleza topológica de la densidad de estados en el metal normal. Esto sugiere que la comprensión actual de la física subyacente a estos dispositivos aún es incompleta y merece una investigación más profunda.
Los investigadores también resaltaron la importancia de sus hallazgos para la comunidad científica, sugiriendo que las mediciones de resistencia pueden ser una herramienta valiosa para el estudio de la estructura subyacente de la densidad de estados en otros dispositivos similares. Wisne concluyó que, a pesar del intenso interés y la investigación sobre el efecto de proximidad superconductora en las últimas décadas, aún queda mucho por aprender en este campo.
De cara al futuro, el equipo planea investigar dispositivos donde el transporte de electrones sea balístico, utilizando grafeno como el metal normal. Esto permitirá un análisis más detallado, tanto a través de mediciones de resistencia como de túneles, para explorar directamente la densidad de estados de los quasipartículas.
