Los científicos han descubierto un proceso básico necesario para… Superconductividad Esto puede ocurrir a temperaturas más altas de lo que se pensaba anteriormente. Este puede ser un paso pequeño pero importante en la búsqueda de uno de los «santos griales» de la física: un superconductor a temperatura ambiente.
El descubrimiento, realizado dentro de un material inesperado, un aislante eléctrico, revela el emparejamiento de electrones a temperaturas tan bajas como -190 grados Fahrenheit (-123 grados Celsius), uno de los ingredientes secretos para el flujo de electricidad casi sin pérdida de energía en Materiales superconductores fríos Extremadamente.
Hasta ahora, los físicos todavía se preguntan por qué sucede esto. Pero comprender esto podría ayudarles a encontrar superconductores que funcionen a temperatura ambiente. Los investigadores publicaron sus resultados el 15 de agosto en la revista. ciencias.
“Los pares de electrones nos dicen que están listos para convertirse en superconductores, pero hay algo que los detiene”, afirma el coautor Ki-jun-choestudiante de posgrado en física aplicada en la Universidad de Stanford, Dijo en un comunicado«Si podemos encontrar una nueva forma de sincronizar pares, podríamos aplicarla para construir superconductores de mayor temperatura».
La superconductividad surge de las ondas que dejan los electrones cuando se mueven a través de un material. A temperaturas suficientemente bajas, estas ondas atraen los núcleos atómicos entre sí, lo que a su vez provoca un ligero cambio de carga que atrae un segundo electrón hacia el primero.
Normalmente, las dos cargas negativas deberían repelerse. Pero en lugar de eso, sucede algo extraño: los electrones se unen para formar un «par de cobre».
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Las parejas Cooper adoptan enfoques diferentes Mecánica cuántica Estos pares de Cooper son diferentes de los de electrones individuales. En lugar de estar empaquetados en una envoltura de energía, se comportan como partículas de luz, de las cuales un número infinito puede ocupar el mismo punto en el espacio al mismo tiempo. Si se crean suficientes pares de Cooper en todo el material, se convierte en un líquido superfluido que fluye sin pérdida de energía debido a la resistencia eléctrica.
Los primeros superconductores, descubiertos por la física holandesa Heike Kamerlingh Onnes en 1911, pasaron a un estado de resistencia eléctrica cero a temperaturas inimaginablemente frías, cercanas cero absoluto (menos 459,67 grados Fahrenheit o menos 273,15 grados Celsius). Sin embargo, en 1986, los físicos descubrieron un material a base de cobre, llamado cuprita, que se convierte en superconductor a una temperatura mucho más alta (pero aún muy fría) de -211 F (-135 C).
Los físicos esperaban que este descubrimiento les llevara a encontrar superconductores a temperatura ambiente. Sin embargo, los conocimientos sobre lo que hace que los cupratos muestren su comportamiento inusual se han ralentizado, y el año pasado, las afirmaciones virales sobre superconductores viables a temperatura ambiente terminaron siendo… Acusaciones de falsificación de datos y decepción.
Para investigar más a fondo, los científicos detrás de la nueva investigación recurrieron al cobre, el cerio y el óxido de neodimio. La temperatura superconductora máxima del material es de -414,67 grados Fahrenheit (menos 248 grados Celsius), por lo que los científicos no se han molestado en estudiarlo mucho. Pero cuando los investigadores involucrados en el estudio iluminaron su superficie con luz ultravioleta, notaron algo extraño.
Normalmente, cuando los rayos de luz, o fotones, golpean copas que transportan electrones desapareados, los fotones les dan a los electrones suficiente energía para sacarlos del material, lo que hace que pierdan mucha energía. Pero los electrones de los pares de Cooper pueden resistir la eyección de fotones, lo que hace que el material pierda sólo una pequeña cantidad de energía.
Aunque el estado de resistividad cero sólo ocurre a temperaturas muy bajas, los investigadores encontraron que la brecha de energía persistió en el nuevo material hasta 150 K, y que el acoplamiento fue, curiosamente, más fuerte en la mayoría de las muestras que resistieron mejor el flujo de corriente eléctrica.
Esto significa que, aunque es poco probable que la cuprita alcance la superconductividad a temperatura ambiente, puede dar alguna pista para encontrar un material que pueda hacerlo.
«Nuestros resultados abren un nuevo camino potencialmente rico a seguir. Planeamos estudiar esta brecha de acoplamiento en el futuro para ayudar a diseñar superconductores utilizando nuevos métodos», dijo en el comunicado el autor principal Qi Xun Chen, profesor de física en la Universidad de Stanford. «Por un lado, planeamos utilizar enfoques experimentales similares para obtener más información sobre este estado de acoplamiento flojo. Por otro lado, queremos encontrar formas de manipular estos materiales para forzar la sincronización de estos pares flojos».
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