Un equipo de investigación ha descubierto un nuevo tipo de unión superconductora al combinar materiales ultrafinos con propiedades magnéticas y superconductoras
Un equipo de la Universidad Autónoma de Madrid (UAM), en colaboración con el CSIC y la Universidad de Constanza (Alemania), ha demostrado por primera vez la formación de estados localizados en una unión Josephson antiferromagnética, generando un nuevo tipo de dispositivo superconductor basado en materiales ultrafinos que revela una interacción inédita entre superconductividad y magnetismo.
De forma inesperada, el dispositivo se comporta como un SQUID, uno de los sensores magnéticos más sensibles que existen, a pesar de estar formado por una única unión superconductora. Este efecto se atribuye a la interacción entre la superconductividad y el orden antiferromagnético, que crea distintos caminos para la corriente eléctrica y da lugar a interferencia cuántica.
La superconductividad y el magnetismo suelen considerarse fenómenos incompatibles, ya que el orden magnético tiende a destruir el estado superconductor. Sin embargo, en este trabajo ambos actúan de forma cooperativa y dan lugar a nuevos efectos físicos.
En particular, el estudio, liderado por investigadores del Condensed Matter Physics Center (IFIMAC) de la UAM, revela una interacción inédita entre la superconductividad y las texturas magnéticas antiferromagnéticas, que da lugar a la formación de canales superconductores localizados, un fenómeno que no se había observado previamente en este tipo de dispositivos.
Plataforma flexible basada en materiales ultrafinos
El dispositivo se fabricó mediante técnicas avanzadas de ensamblaje de heteroestructuras de van der Waals, basadas en el apilamiento controlado de láminas ultrafinas de NbSe₂ y NiPS₃ en atmósferas inertes. Este procedimiento garantiza interfaces limpias y de alta calidad, un requisito clave para observar efectos cuánticos sutiles.
El uso de materiales de van der Waals resulta fundamental en este avance, ya que proporciona una plataforma especialmente flexible para combinar, de forma controlada, materiales con propiedades muy distintas. En este contexto, la interacción entre superconductividad y magnetismo permite obtener un dispositivo tipo SQUID sin recurrir a procesos complejos de fabricación y que, además, mantiene su funcionamiento incluso bajo campos magnéticos intensos.
Las propiedades de transporte cuántico se estudiaron a temperaturas extremadamente bajas, del orden de 20 milikelvin, y bajo campos magnéticos aplicados con gran precisión en distintas direcciones mediante un imán vectorial. La interpretación de los resultados experimentales se apoyó en un modelado microscópico teórico, que permitió identificar el origen físico de los efectos observados.
Hacia nuevas fases superconductoras
En conjunto, el trabajo demuestra que las heteroestructuras superconductoras de van der Waals que combinan superconductores y antiferromagnetos constituyen una plataforma versátil para diseñar y estudiar nuevos fenómenos superconductores. La observación de efectos de interferencia cuántica en una única unión, no descritos hasta ahora, pone de relieve el papel clave de la interacción entre superconductividad y texturas magnéticas.
Estos resultados, publicados recientemente en Advanced Materials, sugieren que este tipo de sistemas podría, en el futuro, servir como plataforma para explorar la aparición de nuevas fases electrónicas correlacionadas e incluso topológicas, que podrían emerger de la coexistencia y el acoplamiento entre el estado superconductor y el orden antiferromagnético. Explorar este tipo de fases constituye uno de los grandes retos actuales de la física de la materia condensada.
Además, la posibilidad de combinar materiales de van der Waals con precisión a escala atómica abre la puerta a explorar de manera sistemática una amplia variedad de sistemas híbridos formados por superconductores y materiales magnéticos. Este enfoque resulta especialmente relevante para la búsqueda de superconductividad no convencional y de nuevos efectos cuánticos emergentes.
Desde el punto de vista aplicado, la demostración de un dispositivo que se comporta como un SQUID sin necesidad de procesado litográfico y que, además, es robusto frente a campos magnéticos intensos sugiere que estos sistemas híbridos podrían convertirse en bloques fundamentales para futuros sensores cuánticos y tecnologías superconductoras. En particular, permitirían operar en regímenes inaccesibles para los diseños convencionales, ampliando el alcance de las tecnologías cuánticas actuales.
Referencia bibliográfica:
González-Sánchez et al. 2026. Signatures of Edge States in Antiferromagnetic Van der Waals Josephson Junctions. Advanced Materials. https://advanced.onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.202521250
