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Microelectrónica

Crean una pista superconductora

Una lámina producida con un compuesto cerámico evita perdidas de energía eléctrica

La evolución de los circuitos electrónicos no cesa de crecer con el objetivo de hacer disponible una mayor rapidez de procesamiento, avanzar en la miniaturización y permitir una mayor capacidad de almacenamiento a centenares de tipos de equipamiento, desde computadoras hasta celulares y televisores. Uno de los caminos de esta evolución es el uso de los materiales superconductores en la elaboración de dichos aparatos, tal como se muestra un proyecto elaborado por el Grupo de Vidrios y Cerámicas del Departamento de Física y Química de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Estadual Paulista (Unesp), en la ciudad de Ilha Solteira, en el oeste paulista. Coordinado por el profesor Cláudio Luiz Carvalho, el grupo produjo un circuito impreso con material superconductor en lugar de las pistas de cobre que sirven para interconectar los diversos componentes de una plaqueta electrónica, como son transistores y capacitores, responsables del funcionamiento de una computadora, por ejemplo.

La superconductividad es la capacidad que ciertos materiales, metales o cerámicas, tienen de conducir electricidad a temperaturas extremamente bajas sin presentar resistencia o pérdidas en la conducción de la corriente eléctrica. “En el material superconductor los electrones caminan libremente, sin chocarse, de manera mucho más ordenada que en un alambre de cobre común”, explica Carvalho, que cuenta en el grupo con la participación de Raphael Otávio Peruzzi y Rudi Solano, que están cursando el doctorado. En el cobre, por ejemplo, que funciona en temperatura ambiente, la colisión de los electrones provoca pérdida de energía en forma de calor.

La tecnología superconductora se emplea actualmente en bobinas de motores de alto desempeño, en baterías o acumuladores de energía, conectores electrónicos y aparatos de resonancia magnética. En tales casos, se utilizan hilos de material superconductor envueltos en nitrógeno líquido que mantiene la temperatura baja. La expectativa es que los materiales superconductores también puedan usarse comercialmente para que los trenes puedan andar sobre los rieles (con la adopción de poderosos campos magnéticos creados con electromagnetos superconductores), además de sustituir cables o sistemas eléctricos que evitan la pérdida de energía eléctrica.

Los investigadores de la Unesp desarrollaron un circuito electrónico formado por un compuesto cerámico que funciona a una temperatura de 80º Kelvin (ºK), igual a 193° Celsius (ºC) negativos. “El desafío mayor de los grupos de investigación en todo el mundo es incrementar la temperatura de operación de los materiales superconductores”, dice Carvalho. Actualmente, los cables superconductores comerciales trabajan a 77 ºK o -196°C. Experimentalmente ya se alcanzaron  materiales que trabajan a 136 ºK (-137°C).

“Nuestro mayor éxito fue hacer filmes (películas) finas que pueden utilizarse en la fabricación de circuitos electrónicos con una técnica que nosotros perfeccionamos”, dice Carvalho. “Esta técnica de deposición del film llamada dip-coating (un método químico que implica el uso de soluciones) es mucho más barata que otras usadas por algunas industrias, como la Molecular Beam Epitaxy, o crecimiento con capas moleculares (un método físico de deposición de moléculas hasta componer la película). Hacemos acá todo el proceso de obtención de películas finas de superconductores a 80 ºK, pero esperamos alcanzar en breve los 100 ºK (-173°C).” En Japón, las películas finas de superconductores ya están usándose en la construcción de supercomputadores mucho más veloces que los actuales, pero allá ellos usan materiales y equipamientos mucho más caros.

El material desarrollado en Ilha Solteira es una cerámica producida con seis elementos químicos: Bismuto (Bi), Estroncio (Sr), Calcio (Ca), Cobre (Cu), Oxígeno (O) y Plomo (Pb). Este compuesto es llamado óxido superconductor. En vez de cables o equipamientos, el equipo de Carvalho planea hacer películas bien delgadas con este material y usarlas como material superconductor en circuitos electrónicos. “Ahora estamos en el camino que lleva al desarrollo de un dispositivo para su uso en un chip”. Para avanzar en las investigaciones, los investigadores quieren formar sociedades con empresas que puedan industrializar en el futuro esos dispositivos.

El trabajo de los investigadores de la Unesp fue presentado en abril en el Congreso de la Materials Research Society (MRS), o Sociedad de Investigación de Materiales, en la ciudad de San Francisco, Estados Unidos, que contó con participantes de todo el mundo. “Muchos investigadores nos buscaron, principalmente de los países que están invirtiendo bastante en tecnología superconductora, como China y Corea. Recibimos propuestas para visitarlos y desarrollar o enseñar la técnica que estamos usando”, cuenta Carvalho.

El Proyecto
Dispositivos superconductores: preparación y caracterización
Modalidad
Línea Regular de Auxilio a la Investigación
Coordinador
Cláudio Luiz Carvalho – Unesp
Inversión
R$ 107.863,26 y US$ 17.775,00 (FAPESP)

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