Los físicos están aprendiendo más sobre el extraño comportamiento de los «metales exóticos», que operan fuera de las reglas normales de la electricidad.
El físico teórico Yashar Komijani, profesor asociado de la Universidad de Cincinnati, contribuyó a un experimento internacional utilizando un metal exótico hecho de una aleación de iterbio, un metal de tierras raras. Los físicos de un laboratorio en Hyogo, Japón, dispararon rayos gamma radiactivos al mineral exótico para observar su comportamiento eléctrico inusual.
Dirigido por Hisao Kobayashi con la Universidad de Hyogo y Riken, el estudio se publica en la revista Ciencias. El experimento reveló fluctuaciones inusuales en la carga eléctrica de este mineral exótico.
«La idea es que en un metal, tienes un mar de electrones moviéndose en el fondo en una red de iones», dijo Komijani. «Pero algo maravilloso está sucediendo con la mecánica cuántica. Puedes olvidarte de las complejidades de la red de iones. En cambio, se comportan como si estuvieran en el vacío».
Komijani ha estado explorando los misterios de los minerales exóticos durante años en relación con la mecánica cuántica.
Él dijo: «Puedes poner algo en una caja negra y puedo decirte mucho sobre lo que hay dentro sin siquiera mirarlo, simplemente midiendo cosas como la resistencia, la capacidad calorífica y la conductividad».
«Pero cuando se trata de minerales exóticos, no tengo idea de por qué exhiben el comportamiento que muestran. El misterio es lo que sucede dentro de este extraño sistema. Esa es la pregunta».
Los metales exóticos son de interés para una amplia gama de físicos que estudian todo, desde la física de partículas hasta la mecánica cuántica. Una de las razones se debe a su extrañamente alta conductividad, al menos a temperaturas muy bajas, lo que les da potencial para ser superconductores de computación cuántica.
«Lo realmente emocionante de estos nuevos hallazgos es que brindan una nueva visión del mecanismo interno del metal exótico», dijo el coautor del estudio, Pierce Coleman, profesor distinguido de la Universidad de Rutgers.
«Estos metales proporcionan un lienzo para nuevas formas de materiales electrónicos, particularmente superconductores exóticos de alta temperatura», dijo.
Coleman dijo que es demasiado pronto para especular sobre qué nuevas tecnologías podrían inspirar minerales exóticos.
«Se dice que después de que Michael Faraday descubriera el electromagnetismo, le preguntó al canciller británico William Gladstone para qué podría ser útil», dijo Coleman. Faraday respondió que, aunque no lo sabía, estaba seguro de que algún día el gobierno les impondría impuestos.
Los descubrimientos de Faraday abrieron un mundo de innovación.
«Sentimos lo mismo sobre el metal exótico», dijo Coleman. “Los metales juegan un papel tan central hoy en día: el cobre, el metal tradicional típico, está en todos los electrodomésticos, todas las líneas eléctricas, a nuestro alrededor”.
Los minerales exóticos podrían algún día ser omnipresentes en nuestra tecnología, dijo Coleman.
El experimento de Japón fue innovador en parte debido a la forma en que los investigadores crearon partículas gamma usando un acelerador de partículas llamado sincrotrón.
«En Japón, usan un sincrotrón como lo hacen en el CERN [the European Organization for Nuclear Research] “El protón se acelera, choca contra la pared y emite rayos gamma. Así que tienen una fuente de rayos gamma bajo demanda sin utilizar materiales radiactivos”, dijo Komijani.
Los investigadores utilizaron la espectroscopia para estudiar los efectos de los rayos gamma en el mineral exótico.
Los investigadores también examinaron la velocidad de las fluctuaciones de la carga eléctrica del metal, que toman solo nanosegundos, una mil millonésima de segundo. Esto puede parecer increíblemente rápido, dijo Komijani.
«Sin embargo, en el reino cuántico, los nanosegundos son una eternidad», dijo. «Durante mucho tiempo nos hemos preguntado por qué las fluctuaciones son realmente tan lentas. Teorizamos con colaboradores que podría haber nerviosismo en la red, y ese fue realmente el caso».
más información:
Hisao Kobayashi et al., Observando el modo de carga crítica en un metal exótico, Ciencias (2023). DOI: 10.1126/ciencia.abc4787
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