Ingenieros de la Universidad de Stanford han descubierto que el titanato de estroncio, un material común, exhibe propiedades ópticas y mecánicas superiores a temperaturas criogénicas cercanas al cero absoluto. Este avance podría impulsar la computación cuántica, los láseres y la exploración espacial al permitir dispositivos de alto rendimiento en frío extremo. Los hallazgos, publicados en Science, destacan las capacidades no lineales y piezoeléctricas del material que superan a las alternativas existentes.
El titanato de estroncio (STO) ha sido ignorado durante mucho tiempo como una sustancia barata y abundante, a menudo utilizada como sustituto del diamante en joyería o como sustrato para otros materiales. Sin embargo, una nueva investigación de la Universidad de Stanford revela su rendimiento excepcional en condiciones criogénicas, desafiando las expectativas para la mayoría de los materiales que se debilitan cerca del cero absoluto.
En un estudio publicado en Science el 8 de noviembre de 2025 (volumen 390, número 6771, página 394; DOI: 10.1126/science.adx8657), los investigadores probaron STO a 5 Kelvin (-450°F). Su respuesta óptica no lineal resultó 20 veces mayor que la del niobato de litio, el material óptico no lineal líder, y casi el triple que la del titanato de bario, el referente criogénico anterior. "El titanato de estroncio tiene efectos electroópticos 40 veces más fuertes que el material electroóptico más utilizado hoy en día. Pero también funciona a temperaturas criogénicas, lo que es beneficioso para construir transductores y conmutadores cuánticos que son cuellos de botella actuales en las tecnologías cuánticas", dijo la autora principal Jelena Vuckovic, profesora de ingeniería eléctrica en Stanford.
Los efectos electroópticos del material permiten cambios dramáticos en la frecuencia, intensidad, fase y dirección de la luz cuando se aplica un campo eléctrico. Como sustancia piezoeléctrica, el STO se expande y contrae en respuesta a campos eléctricos, lo que lo hace adecuado para componentes electromecánicos en vacíos espaciales o sistemas de combustible para cohetes. "A baja temperatura, no solo el titanato de estroncio es el material óptico más sintonizable eléctricamente que conocemos, sino que también es el material más sintonizable piezoeléctricamente", señaló el coautor principal Christopher Anderson, ahora en la Universidad de Illinois, Urbana-Champaign.
Para mejorar la sintonabilidad, el equipo reemplazó átomos de oxígeno con isótopos más pesados, añadiendo dos neutrones a exactamente el 33 por ciento de ellos, impulsando el rendimiento por un factor de cuatro y acercándose a la criticidad cuántica. "El STO no es particularmente especial. No es raro. No es caro", añadió el coautor principal Giovanni Scuri, un becario postdoctoral en el laboratorio de Vuckovic.
Financiado en parte por Samsung Electronics y la división de computación cuántica de Google, la investigación allana el camino para la fabricación a escala de oblea de dispositivos criogénicos como conmutadores cuánticos basados en láseres. Los colaboradores incluyen a Aaron Chan y Lu Li de la Universidad de Michigan, junto con Sungjun Eun, Alexander D. White, Geun Ho Ahn, Amir Safavi-Naeini, Kasper Van Gasse y Christine Jilly de las Instalaciones Compartidas de Nano de Stanford. El equipo busca desarrollar dispositivos completamente funcionales basados en las propiedades del STO.