- Los ingenieros de Stanford descubrieron un material destacado, el titanato de estroncio (STO), que funciona mejor en condiciones de frío extremo. En lugar de debilitarse, sus propiedades ópticas y mecánicas mejoran a temperaturas criogénicas.
- STO supera a todos los materiales comparables probados en entornos de baja temperatura, revelando una resistencia, estabilidad y capacidad de ajuste excepcionales.
- Sus capacidades únicas podrían acelerar los avances en la computación cuántica, los sistemas láser y la exploración espacial, donde es esencial un alto rendimiento en condiciones de congelación.
La superconductividad y la computación cuántica han pasado de la física teórica a invenciones del mundo real. El Premio Nobel de Física de 2025 reconoció el avance en los circuitos cuánticos superconductores que podrían conducir a computadoras superpoderosas. Sin embargo, muchas de estas tecnologías sólo funcionan a temperaturas criogénicas (cercanas al cero absoluto), donde la mayoría de los materiales pierden sus propiedades definitorias. Encontrar materiales que funcionen en un frío tan extremo ha sido durante mucho tiempo uno de los mayores obstáculos de la ciencia.
Un cristal que resiste el frío
en un nuevo ciencia En esta publicación, ingenieros de la Universidad de Stanford informan de un gran avance con el titanato de estroncio (STO), un material que no sólo mantiene sino que también mejora su rendimiento óptico y mecánico cuando se congela. En lugar de degradarse, se volvió significativamente más capaz, superando a otros materiales conocidos por un amplio margen. Los investigadores creen que el descubrimiento podría abrir la puerta a una nueva clase de dispositivos criogénicos mecánicos y basados en luz que impulsan la computación cuántica, la exploración espacial y otras tecnologías avanzadas.
“El titanato de estroncio tiene un efecto electroóptico 40 veces más fuerte que el material electroóptico más utilizado hoy en día. Pero también funciona a temperaturas criogénicas, lo que es útil para construir transductores e interruptores cuánticos que actualmente son cuellos de botella en la tecnología cuántica”, explicó Jelena Wessford, autora principal del estudio en Eng Electric Engine.
Superando los límites del rendimiento
El comportamiento óptico de STO es “no lineal”, lo que significa que cuando se aplica un campo eléctrico, sus propiedades ópticas y mecánicas cambian drásticamente. Este efecto electroóptico permite a los científicos ajustar la frecuencia, intensidad, fase y dirección de la luz de una manera que otros materiales no pueden. Esta versatilidad podría permitir tipos completamente nuevos de dispositivos de baja temperatura.
STO es piezoeléctrico, lo que significa que se expande y contrae físicamente en respuesta a un campo eléctrico. Esto lo hace ideal para desarrollar nuevos componentes electromecánicos que funcionen eficientemente en condiciones de frío extremo. Según los investigadores, estas capacidades podrían ser particularmente valiosas para su uso en el vacío del espacio o en los sistemas de combustible criogénico de los cohetes.
“A bajas temperaturas, el titanato de estroncio no sólo es el material óptico más sintonizable eléctricamente que conocemos, sino también el más sintonizable piezoeléctricamente”, dijo Christopher Anderson, coprimer autor y ahora miembro de la facultad de la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign.
Un elemento pasado por alto encuentra un nuevo propósito
El titanato de estroncio no es una sustancia recién descubierta. Se ha estudiado durante décadas y es barato y abundante. “STO no es nada especial. No es raro. No es caro”, dijo el coautor Giovanni Scurry, investigador postdoctoral en el laboratorio de Vukovic. “De hecho, a menudo se ha utilizado como sustituto del diamante en joyería o como sustrato para cultivar otros materiales más valiosos. A pesar de ser un material ‘de libro de texto’, funciona excepcionalmente bien en un contexto criogénico”.
La decisión de probar STO fue motivada por la comprensión de qué propiedades hacen que el material sea altamente seguro. “Sabíamos qué ingredientes necesitábamos para hacer un material altamente sintonizable. Encontramos ingredientes que ya existen en la naturaleza y simplemente los usamos en una nueva receta. STO fue la elección obvia”, dijo Anderson. “Cuando lo probamos, sorprendentemente, cumplió perfectamente con nuestras expectativas.”
Scuri añadió que el marco que desarrollaron podría ayudar a identificar o mejorar otros materiales no lineales para diferentes condiciones operativas.
Rendimiento récord cerca del cero absoluto
Cuando se probó a 5 Kelvin (-450 °F), el rendimiento de STO sorprendió a los investigadores. Su respuesta óptica no lineal es 20 veces mayor que la del niobato de litio, el principal material óptico no lineal, y casi tres veces mayor que el titanato de bario criogénico de referencia anterior.
Para mejorar aún más sus propiedades, el equipo reemplazó ciertos átomos de oxígeno en el cristal con isótopos más pesados. Esta combinación acerca a STOC a un estado llamado criticidad cuántica, que crea una mayor capacidad de sintonización.
“Al agregar sólo dos neutrones a exactamente el 33 por ciento de los átomos de oxígeno en el material, la sintonizabilidad resultante aumenta en un factor de cuatro”, dijo Anderson. “Afinamos nuestra receta para obtener el mejor rendimiento posible”.
Construyendo el futuro de los dispositivos criogénicos
Según el equipo, STO también ofrece beneficios prácticos que podrían hacerlo atractivo para los ingenieros. Puede sintetizarse, modificarse estructuralmente y fabricarse a escala de oblea utilizando equipos semiconductores existentes. Estas propiedades lo hacen adecuado para dispositivos cuánticos de próxima generación, como los interruptores láser utilizados para controlar y transmitir información cuántica.
La investigación fue financiada parcialmente por Samsung Electronics y la división de computación cuántica de Google, las cuales están explorando materiales para avanzar en su hardware cuántico. El próximo objetivo del equipo es diseñar un dispositivo criogénico completamente funcional basado en las propiedades únicas de STO.
“Encontramos este ingrediente en el estante. Lo usamos y fue increíble. Entendimos por qué era bueno. Luego, la guinda del pastel: sabíamos cómo hacerlo mejor, agregamos esa salsa especial e hicimos el mejor ingrediente del mundo para estas aplicaciones”, dijo Anderson. “Es una gran historia”.
Además de Samsung y Google, la investigación contó con el apoyo de una beca docente Vannevar Bush a través del Departamento de Defensa de EE. UU. y el programa Q-NEXT del Departamento de Energía.
Los contribuyentes incluyen a Aaron Chan y Lu Li de la Universidad de Michigan; Sungjun Eun, Alexander D. White, Geun Ho Ahn, Amir Safavi-Naeini y Kasper Van Gasse del Laboratorio EL Ginzton de Stanford; y Christine Zilly de la instalación compartida Nano de Stanford.
