Superconductividad reentrante en una matriz de junturas Josephson de origen natural afinada por potencia de radiofrecuencia

Corrientes eléctricas que fluyen sin empuje

La mayor parte del tiempo, cuando la electricidad circula por un cable pierde energía en forma de calor. Los superconductores son materiales especiales donde la corriente puede fluir sin esa pérdida, pero normalmente funcionan solo bajo condiciones muy estrictas de baja temperatura y campo magnético reducido. Este estudio explora una variación inusual de este comportamiento, en la que un superconductor parece apagarse y luego volver a encenderse al cambiar las condiciones, revelando una física oculta rica que podría ayudar a diseñar futuros dispositivos cuánticos.

Un material sencillo con una red oculta

Los investigadores se centran en aluminio granular, una película delgada compuesta por innumerables granos metálicos superconductores diminutos separados por barreras aislantes finas. En conjunto, estos granos forman una red natural de enlaces débiles para los electrones, conocida por los físicos como una matriz de junturas Josephson. Aunque cada enlace es simple, la red completa puede mostrar un comportamiento colectivo complejo. El aluminio granular resulta atractivo porque sus granos son extremadamente pequeños, lo que intensifica los efectos cuánticos y permite a los científicos ajustar con facilidad la movilidad electrónica entre granos.

Usar ondas de radio como mando a distancia

En lugar de reconstruir el material cada vez que querían cambiar sus propiedades, el equipo usó potencia de radiofrecuencia como control remoto. Enviaron una señal de radio a través del dispositivo mientras también hacían pasar una pequeña corriente continua y ajustaban la temperatura y el campo magnético. Al aumentar gradualmente la potencia de radio, pudieron empujar el sistema desde un estado superconductivo suave y completo hacia uno aislante, donde la corriente queda fuertemente bloqueada y la resistencia se vuelve diez veces mayor que en el estado metálico ordinario no superconductor. A bajas temperaturas también observaron grandes mesetas en el voltaje al variar la corriente, conocidas como pasos de Shapiro gigantes, que revelan que muchos enlaces débiles en la red actúan al unísono como una sola juntura bien coordinada.

Un superconductor que se va y vuelve

El efecto más llamativo apareció cuando el equipo mapeó cómo cambiaba la resistencia con la temperatura y la potencia de radio. A cierta potencia de radio, el material comienza siendo superconductor a temperatura muy baja, luego se vuelve aislante al aumentar la temperatura y, de forma bastante inesperada, vuelve a ser superconductor a una temperatura más alta antes de convertirse finalmente en un metal normal. En otras palabras, la conducción perfecta desaparece, reaparece y luego desaparece de nuevo conforme la muestra se calienta. Un retorno similar de la superconductividad también aparece cuando se aplica campo magnético bajo las condiciones adecuadas.

Muchos cuerpos actuando juntos

Para comprender este enigmático retorno de la superconductividad, los autores comparan sus hallazgos con un marco teórico desarrollado para redes de enlaces débiles. En esa visión, no solo importa la facilidad con la que fluye la corriente entre granos, sino también cuán fuertemente queda bloqueada la carga eléctrica en cada grano. A temperaturas más altas, las partículas cargadas móviles en la matriz pueden apantallar, o suavizar, la repulsión entre cargas, reduciendo efectivamente la penalización por mover carga de un grano a otro. Aunque una temperatura más alta suele perjudicar la superconductividad, en esta red puede favorecer el estado cooperativo al disminuir ese efecto de bloqueo. Este comportamiento de muchos cuerpos va más allá de lo que puede mostrar un único enlace débil.

Por qué importa para la tecnología futura

En conjunto, las mediciones y el modelado muestran que un metal granular de aspecto sencillo puede actuar como un campo de pruebas controlable para estados cuánticos complejos. Ajustando la potencia de radio, la temperatura y el campo magnético, el mismo dispositivo puede cambiar entre un estado superconductor rígido, un estado aislante dominado por fluctuaciones cuánticas y un estado superconductor reentrante impulsado por el apantallamiento de muchos cuerpos. Esta versatilidad sugiere que los superconductores granulares podrían servir como bloques de construcción para nuevos circuitos cuánticos y como sistemas modelo para explorar cómo grandes redes de elementos cuánticos dan lugar a comportamientos colectivos sorprendentes.

Cita: Avraham, S., Sankar, S., Sandik, S. et al. Reentrant superconductivity in a naturally occurring Josephson junction array tuned by radio-frequency power. Nat Commun 17, 4734 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-71256-8

Palabras clave: superconductividad reentrante, aluminio granular, matriz de junturas Josephson, ajuste por radiofrecuencia, transición de fase cuántica

Mira más en el sitio web del grupo de investigación: https://daganlab.sites.tau.ac.il/