Un cristal extraordinario podría revolucionar la tecnología cuántica

Investigadores de Stanford University realizaron un descubrimiento significativo al encontrar que el titanato de estroncio (STO) no solo mantiene, sino que mejora su rendimiento óptico y mecánico a temperaturas extremadamente bajas. Este material, que había sido pasado por alto, ahora se presenta como una solución prometedora para tecnologías cuánticas, láseres y exploración espacial.

El titanato de estroncio, cuando se encuentra a temperaturas cercanas al cero absoluto, muestra un comportamiento óptico y mecánico excepcional. En lugar de debilitarse, sus propiedades mejoran, superando a otros materiales comparables en entornos de baja temperatura. Este hallazgo podría acelerar los avances en computación cuántica y sistemas láser, donde el rendimiento en condiciones frías es crucial.

La investigación, publicada en la revista Science, destaca que el STO presenta efectos electroópticos 40 veces más fuertes que los materiales electroópticos más utilizados en la actualidad. Esto lo convierte en un candidato ideal para la construcción de transductores y conmutadores cuánticos, que son cuellos de botella actuales en las tecnologías cuánticas. La profesora Jelena Vuckovic, autora principal del estudio, enfatizó la importancia de este material en el desarrollo de dispositivos cuánticos más eficientes.

El comportamiento óptico del STO es no lineal, lo que significa que al aplicar un campo eléctrico, sus propiedades ópticas y mecánicas cambian drásticamente. Esta capacidad permite a los científicos ajustar la frecuencia, intensidad, fase y dirección de la luz de maneras que otros materiales no pueden. Además, el STO es piezoeléctrico, lo que significa que se expande y contrae físicamente en respuesta a campos eléctricos, lo que lo hace ideal para componentes electromecánicos que funcionen eficientemente en condiciones extremas.

A pesar de no ser un material nuevo, el titanato de estroncio ha sido estudiado durante décadas y es accesible y económico. Los investigadores decidieron probarlo basándose en su comprensión de las características que hacen que los materiales sean altamente ajustables. El coautor Giovanni Scuri mencionó que, aunque el STO no es raro ni costoso, su rendimiento en un contexto criogénico es excepcional.

Cuando se probó a 5 Kelvin (-450 °F), el rendimiento del STO sorprendió a los investigadores, mostrando una respuesta óptica no lineal 20 veces mayor que la del niobato de litio, el material óptico no lineal líder, y casi tres veces mayor que el de bario titanato, el anterior estándar criogénico. Para mejorar aún más sus propiedades, el equipo reemplazó ciertos átomos de oxígeno en el cristal con isótopos más pesados, lo que aumentó la ajustabilidad del material.

El equipo también destacó que el STO ofrece ventajas prácticas que podrían hacerlo atractivo para los ingenieros, ya que puede ser sintetizado y modificado estructuralmente utilizando equipos semiconductores existentes. Estas características lo posicionan bien para dispositivos cuánticos de próxima generación, como conmutadores láser utilizados para controlar y transmitir información cuántica.

La investigación recibió financiamiento parcial de Samsung Electronics y la división de computación cuántica de Google, que buscan materiales para avanzar en su hardware cuántico. El equipo planea diseñar dispositivos criogénicos funcionales basados en las propiedades únicas del STO.