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¿Qué está pasando realmente con los materiales superconductores?

¿Qué está pasando realmente con los materiales superconductores?

La superconductividad de alta temperatura podría estar un paso más cerca gracias al trabajo de un equipo internacional de físicos. Al estudiar las correlaciones espaciales de los átomos de potasio a temperaturas justo por encima del cero absoluto, las observaciones del equipo podrían ayudar a identificar las condiciones ideales necesarias para inducir la superconductividad.

[Fuente de imagen:MIT - Sampson Wilcox]

Superconductividad: el medio casi perfectamente eficiente de conducir electricidad en un material mediante la eliminación de pérdidas de energía. En la actualidad, esta increíble propiedad de ciertos materiales solo es posible bajo temperaturas específicas extremadamente bajas. Si se pudiera inducir la superconductividad a temperatura ambiente, el impacto sobre las posibles eficiencias de la energía eléctrica sería extraordinario. Pero la comprensión de cómo ocurre la superconductividad se ve obstaculizada por nuestra capacidad para visualizar el fenómeno.

Con esto en mente, los investigadores del MIT han diseñado un 'simulador cuántico', utilizando átomos para modelar el comportamiento de los electrones en un sólido superconductor.

El líder del equipo, el profesor Martin Zwierlein, del MIT, informó a MIT News: 'Aprendiendo de este modelo atómico, podemos entender lo que realmente está sucediendo en estos superconductores y lo que se debe hacer para fabricar superconductores de mayor temperatura, acercándose con suerte a la temperatura ambiente'.

El modelo atómico del equipo se basa en el modelo de átomos en interacción de Fermi-Hubbard, una teoría comúnmente utilizada para explicar los principios fundamentales de la superconductividad. Anteriormente, los investigadores solo habían podido predecir el comportamiento de los electrones superconductores que interactuaban débilmente utilizando este modelo. El profesor Zwierlein explicó:

'Esa es una gran razón por la que no entendemos los superconductores de alta temperatura, donde los electrones interactúan muy fuertemente. No existe una computadora clásica en el mundo que pueda calcular lo que sucederá a temperaturas muy bajas con los [electrones] en interacción. Sus correlaciones espaciales tampoco se han observado nunca in situ, porque nadie tiene un microscopio para observar cada electrón ''.

Al enfriar los átomos de potasio que se están estudiando a unos pocos nanokelvins y atraparlos en una red generada por láser que crea un plano bidimensional, los investigadores pudieron observar las posiciones e interacciones de los átomos individuales. El comportamiento de los átomos observados varió dependiendo de la densidad del gas en cada posición.

En las regiones de menor densidad, hacia el borde de la red, los átomos se volvieron "antisociales". Esto es consistente con el comportamiento de los electrones teorizado por el famoso físico del siglo XX Wolfgang Pauli, cuyos llamados 'agujeros de Pauli' describen la tendencia de los electrones a mantener una determinada esfera del espacio personal. "Se hicieron un pequeño espacio donde es muy poco probable que encuentren un segundo tipo dentro de ese espacio", dijo Zwierlein.

El comportamiento realmente interesante ocurrió en regiones de mayor densidad. Los átomos observados no solo permitieron agruparse, sino que también mostraron orientaciones magnéticas alternas. Zwierlein explicó: 'Estas son correlaciones hermosas, antiferromagnéticas, con un patrón de tablero de ajedrez: arriba, abajo, arriba, abajo'.

Continuó describiendo la tendencia inusual de estos átomos a "saltar unos encima de otros", lo que resulta en un espacio junto a un par de átomos agrupados. La similitud entre este comportamiento y el requerido para, aún teóricamente, la superconductividad a alta temperatura es fuerte. En teoría, la superconductividad puede inducirse a temperatura ambiente mediante el movimiento sin fricción de pares de electrones entre espacios adecuadamente grandes en una red. Zwierlein lo describió de la siguiente manera:

“Para nosotros, estos efectos ocurren en nanokelvin porque estamos trabajando con gases atómicos diluidos. Si tiene un trozo de materia densa, estos mismos efectos pueden ocurrir a temperatura ambiente ”.

Lea los hallazgos del equipo en suCiencias papel de diario.

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Vía: MIT

Escrito por Jody Binns

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