Estos materiales, extremadamente delgados (llamados "películas delgadas"), están compuestos por una mezcla basada en óxido de itrio con un poco de europio, dos "tierras raras". ¿Su ventaja? Pueden almacenar información cuántica durante un tiempo suficientemente largo – aproximadamente un microsegundo – lo cual es muy prometedor para crear dispositivos cuánticos pequeños y eficientes.
¿Pero de qué estamos hablando exactamente?
Las tecnologías cuánticas buscan utilizar ciertas propiedades asombrosas de la materia para mejorar la forma en que almacenamos o transmitimos información, mucho más allá de lo que permiten las tecnologías clásicas. Uno de los grandes desafíos es mantener estable esta famosa información cuántica el tiempo suficiente para poder aprovecharla. Y para ello, ciertos materiales, especialmente aquellos que contienen iones de europio, son particularmente interesantes.
El problema es que hay que lograr integrar estos materiales en dispositivos muy miniaturizados, compatibles con los componentes electrónicos actuales, en particular los hechos de silicio (como los chips de nuestros ordenadores y teléfonos). Para lograrlo, los investigadores deben crear capas muy finas de material, pero de calidad impecable.
Aquí es donde entra la innovación del equipo del Instituto de Investigación de Química de París (CNRS/Chimie ParisTech/PSL Université). Han desarrollado una nueva técnica de fabricación combinando dos métodos sofisticados: el chemical vapor deposition (o deposición química en fase vapor, CVD) y el molecular beam epitaxy (o epitaxia por haz molecular, MBE).
Película delgada epitaxial Y2O3: Eu 3+ sobre sustrato Gd2O3 /Si.
(a) Vista esquemática de la estructura multicapa.
(b) Morfología de superficie de la película Y2O3: Eu 3+ observada por microscopía electrónica de barrido (MEB).
Gracias a este enfoque híbrido, lograron depositar sobre silicio una capa de óxido de itrio que contiene iones de europio Eu3+, con propiedades físicas y cuánticas notables.
Un detalle técnico, pero importante: para obtener este resultado, añadieron entre el silicio y el material activo una fina capa de óxido de gadolinio (Gd2O3). Esta "capa amortiguadora" mejora la calidad de la película y favorece un mejor comportamiento cuántico.
Las pruebas realizadas a temperaturas muy bajas confirmaron el potencial de esta estructura. Los investigadores pudieron medir que los estados cuánticos del europio en este material duraban un microsegundo, lo cual es diez veces mejor que los intentos anteriores con el mismo material, y está entre lo mejor que se hace actualmente en el campo. Simplificando, se envía un impulso luminoso al material, que es absorbido y luego reemitido, y se mide cuánto tiempo tarda en volver. Este tiempo da una buena idea de la "memoria" cuántica del material.
Este resultado abre la puerta a una nueva generación de pequeños dispositivos cuánticos integrados. Podrían servir para almacenar o transmitir información en forma de luz, algo así como bits, pero en versión cuántica: qubits ópticos.
Y esto es solo el principio: los investigadores esperan poder aplicar su método a otras tierras raras, como el erbio, cuyas propiedades son aún más adecuadas para las tecnologías de telecomunicaciones.
En resumen, un avance que acerca un poco más las tecnologías cuánticas a un uso concreto e industrial. Una investigación que puede encontrarse en la revista Nanophotonics.