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Un elemento extraño desafía lo que sabemos sobre la superconductividad

Un elemento extraño desafía lo que sabemos sobre la superconductividad

Uno de los elementos periódicos más inesperados acaba de desafiar nuestra comprensión de los materiales superconductores. Este reciente descubrimiento en la India ha hecho que los científicos reconsideren la superconductividad. El bismuto, uno de los elementos de aspecto más extraño, puede convertirse en un superconductor (conductor de electricidad sin resistencia) cuando se enfría a un nivel ligeramente superior al cero absoluto.

[Imagen cortesía de Wikimedia]

La teoría actual de la superconductividad de 40 años asume que los materiales superconductores tienen electrones que fluyen libremente. Sin embargo, el bismuto tiene un electrón por cada 100.000 átomos.

"En general, los compuestos que exhiben superconductividad tienen aproximadamente un electrón móvil por átomo", dijo Srinivasan Ramakrishnan del Instituto Tata de Investigación Fundamental en India aMundo de la química.

"Sin embargo, en el bismuto, un electrón móvil es compartido por 100.000 átomos, dado que [la] densidad de portadores es tan pequeña, la gente no creía que el bismuto se supercondujera".

El equipo tuvo que confirmar la superconductividad del bismuto. Enfriaban los cristales del elemento mientras los eliminaban del magnetismo exterior. Sobreenfriaron los cristales a aproximadamente -273 grados Celsius, donde el equipo observó el efecto Meissner. El bismuto (el material superconductor) eliminó su propio campo magnético interno.

La teoría básica de la superconductividad establece que los electrones se asocian para eliminar la resistencia a su flujo, gracias a los electrones que interactúan con los iones del material. Esta teoría, llamada teoría de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS), trabaja con materiales con abundancia de electrones que flotan libremente. Sin embargo, con su baja proporción de electrones a átomos, el bismuto rompe esa comprensión.

Para el equipo, el descubrimiento cambia el juego, especialmente porque la teoría actual no puede explicar lo que informó el equipo.

"Claramente, es un descubrimiento histórico en la historia de la superconductividad ... ya que garantiza un nuevo mecanismo para los superconductores", dijo Ramakrishnan. "Se puede esperar producir nuevos superconductores una vez que se conozca la nueva teoría".

El bismuto en sí es un elemento extraño, como se ve en su aspecto inusual y extrañas propiedades magnéticas.

“Falta una buena imagen global” para explicar el bismuto, dijo el físico teórico Ganapathy Baskaran del Instituto de Ciencias Matemáticas en Chennai, India. "Creo que es solo la punta de un iceberg".

El bismuto se une solo a algunos otros elementos con bajas densidades de portadores de electrones que pueden superconducir. Para otros investigadores en el campo, este hallazgo podría conducir a una nueva clasificación de materiales por completo.

"Hay uno o dos sistemas con una densidad de portadores de electrones muy baja que se vuelven superconductores; estos siempre se han visto como una pequeña excepción", dijo James Arnett, experto en superconductores y director de física de la Universidad de Bristol. "Sería interesante ver si esto es parte de una clase más amplia de materiales superconductores de baja densidad de portadores".

Sin embargo, desafiar la teoría de la superconductividad no es exclusivo de este nuevo hallazgo. Un estudio de abril de 2016 de la Universidad de Houston concluyó que la investigación contradecía directamente el modelo de estado crítico de Bean. Los hallazgos sugirieron que había propiedades más allá del sobreenfriamiento y grandes cantidades de energía magnética para facilitar los materiales superconductores.

El objetivo final de los superconductores sería encontrar uno que funcionara a temperatura ambiente. Este material podría reemplazar al metal común y ahorrar toneladas de energía. Incluso podría contribuir a supercomputadoras más avanzadas.

Para comprender mejor los conceptos básicos de la superconductividad, vea este video a continuación, cortesía de Techquickie.

VEA TAMBIÉN: Puede haber fallas en la teoría de los superconductores

Vía Chemistry World

Ver el vídeo: Experimentando con superconductividad (Octubre 2020).