Propiedades cuánticas del Espín

Entre los actores claves en la búsqueda de la supremacía cuántica, se ha generalizado el uso de condensadores cuánticos construidos con materiales superconductores. A pesar de ello, lo cierto es que probablemente el mejor instrumento para el procesamiento de información cuántica es un número cuántico magnético puro, como es el espín de un electrón o núcleo atómico. Sin embargo, los bits cuánticos de espín todavía presentan inconvenientes sin resolver, como su sensibilidad al acoplamiento con el entorno que deteriora la coherencia cuántica. En las instalaciones SPM del LMA estamos explorando nuevos tipos de espines cuánticos para resolver alguno de estos problemas.

Los microscopios de baja temperatura del área SPM ofrecen una resolución de energía de 0.1 meV complementaria a la técnica STM resuelta en espín, ya consolidada. Esta combinación es ideal para investigar espines cuánticos individuales o acoplados en estructuras artificiales a escala atómica (todavía estamos trabajando en el acceso al dominio temporal en el JT-STM). Nuestra actividad principal se centra en dos tipos de espines: los que surgen del magnetismo de orbital π en segmentos zig-zag de nano-grafenos, y el spin electrónico total de metales 3d depositados sobre superficies aislantes, como las estructuras de Co que se muestran en la siguiente imagen.

Izqd.) Cadena de 6 átomos de Co para ser empleados como espines cuánticos gracias al desacoplamiento del sustrato metálico (azul) proporcionado por la monocapa de NaCl (amarillo) sobre una monocapa de Cu2N (gris). Dcha.) Flor atómica formada por átomos de Co con una distancia interatómica de 0,6 nm para emular un imán cuántico de Heisenberg.

También estamos trabajando en la integración de moléculas magnéticas como qubits /qugates en sensores superconductores para fabricar procesadores cuánticos híbridos para tecnologías TIC. Las muestras se preparan dibujando, sobre una superficie, un patrón específico con «tintas» que contienen las moléculas de interés. Ésta se deposita a través del menisco formado cuando una punta de AFM previamente «sumergida» en la tinta se acerca a la posición de destino (nanolitografía por dip-pen). Actualmente, estamos depositando moléculas de radicales y lantánidos en nanocircuitos superconductores como anillos resonadores tipo SQUID. Con esta técnica, también perseguimos la nanoestructuración de biomoléculas, polímeros y nanopartículas en dispositivos para fabricar nuevos sensores y desarrollar procesos alternativos de nanofabricación.

Integración de nanogotas de moléculas radicales de DPPH en la nano-constricción de un resonador superconductor mediante la deposición por DIP-PEN. Las moléculas de DPPH forman pequeños agregados ya que la «tinta» es una dispersión no homogénea. La imagen de la izquierda es una topografía AFM del procesador cuántico obtenido.