Superaislante

Un superaislante es un material que, a temperaturas bajas pero finitas, no conduce la electricidad; es decir, presenta una resistencia infinita, por lo que no pasa corriente eléctrica a través de él. El fenómeno del superaislamiento puede considerarse un dual exacto de la superconductividad.El estado superaislante puede destruirse aumentando la temperatura y aplicando un campo magnético externo y voltaje. Un superaislante fue predicho por primera vez por M. C. Diamantini, P. Sodano y C. A. Trugenberger en 1996, quienes encontraron un estado fundamental superaislante dual a la superconductividad, que emerge en el lado aislante de la transición superconductor-aislante en la matriz de la unión Josephson debido a la dualidad electromagnética. Los superaislantes fueron redescubiertos independientemente por T. Baturina y V. Vinokur en 2008 sobre la base de la dualidad entre dos realizaciones de simetría diferentes del principio de incertidumbre y encontrados experimentalmente en películas de nitruro de titanio (TiN). Las mediciones de 2008 revelaron saltos de resistencia gigantescos interpretados como manifestaciones de la transición del umbral de voltaje a un estado superaislante que se identificó como la fase confinada de baja temperatura que emerge por debajo de la transición de carga Berezinskii-Kosterlitz-Thouless. Estos saltos fueron similares a hallazgos previos sobre los saltos de resistencia en películas de óxido de indio (InO). La transición de fase a temperatura finita al estado superaislante fue finalmente confirmada por Mironov et al. en películas de NbTiN en 2018.Otros investigadores han observado un fenómeno similar en películas desordenadas de óxido de indio.Tanto la superconductividad como el superaislamiento se basan en el apareamiento de electrones de conducción en pares de Cooper. En los superconductores, todos los pares se mueven coherentemente, permitiendo el paso de la corriente eléctrica sin resistencia. En los superaislantes, tanto los pares de Cooper como las excitaciones normales están confinados y la corriente eléctrica no puede fluir. Un mecanismo que subyace al superaislamiento es la proliferación de monopolos magnéticos a bajas temperaturas. En dos dimensiones (2D), los monopolos magnéticos son fenómenos de tunelización cuántica (instantones) que a menudo se denominan "plasma" monopolar. En tres dimensiones (3D), los monopolos forman un condensado de Bose. El plasma monopolar o condensado monopolar comprime las líneas de campo eléctrico de Faraday en finos filamentos o cuerdas de flujo eléctrico, similares a los vórtices de Abrikosov en los superconductores. Los pares de Cooper con cargas opuestas en los extremos de estas cuerdas eléctricas experimentan un potencial lineal atractivo. Cuando la tensión de cuerda correspondiente es alta, resulta energéticamente favorable extraer del vacío muchos pares de carga-anticarga y formar muchas cuerdas cortas, en lugar de seguir estirando la original. En consecuencia, solo existen «piones eléctricos» neutros como estados asintóticos y la conducción eléctrica está ausente. Este mecanismo es una versión monocromática del mecanismo de confinamiento que une a los quarks en hadrones.Debido a que las fuerzas eléctricas son mucho más débiles que las fuerzas fuertes de la física de partículas, el tamaño típico de los piones eléctricos supera con creces el tamaño de las partículas elementales correspondientes. Esto implica que, al preparar muestras suficientemente pequeñas, se puede observar el interior de un pión eléctrico, donde las cuerdas eléctricas están sueltas y las interacciones de Coulomb están filtradas. Por lo tanto, las cargas eléctricas están prácticamente liberadas y se mueven como si estuvieran en el metal. La saturación a baja temperatura de la resistencia al comportamiento metálico se ha observado en películas de TiN con pequeñas dimensiones laterales.Los superaisladores podrían utilizarse como plataforma para sensores de alto rendimiento y unidades lógicas. Combinados con superconductores, podrían utilizarse para crear circuitos eléctricos de conmutación sin pérdida de energía en forma de calor.

• Vinokur, Valerii M.; Baturina, Tatyana I.; Fistul, Mikhail V.; Mironov, Aleksey Yu.; Baklanov, Mikhail R.; Strunk, Christoph (2008). "Superinsulador y sincronización cuántica". Naturaleza. 452 (7187). Springer Science and Business Media LLC: 613 –615. Bibcode:2008Natur.452..613V. doi:10.1038/nature06837. ISSN 0028-0836. S2CID 205212720.
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