La búsqueda para conocer la misteriosa receta de la superconductividad a alta temperatura, que podría permitir avances revolucionarios en tecnologías que producen o usan electricidad, acaba de dar un gran salto adelante gracias a una nueva investigación realizada por un equipo internacional de físicos experimentales y teóricos.
El trabajo de investigación aparece en la revista ciencia el 16 de septiembre de 2016. La investigación se centra en revelar los misteriosos ingredientes necesarios para la superconductividad a altas temperaturas: la capacidad de los electrones de un material para emparejarse y viajar sin fricción a temperaturas relativamente altas, lo que les permite no perder energía- ser súper eficiente - mientras conduce electricidad.
Los logros del equipo de investigación son un paso importante en los esfuerzos recientes para mejorar los materiales superconductores actuales, que tienen poderes superconductores solo si se enfrían por debajo de una temperatura crítica, cientos de grados por debajo del punto de congelación del agua, temperaturas a las que el helio es unlíquido, lo que los hace poco prácticos para usar en la mayoría de los dispositivos electrónicos.
"Queremos entender exactamente qué ingredientes son necesarios para la superconductividad a alta temperatura, un hermoso fenómeno cuántico con usos potencialmente importantes", dijo Marcos Rigol, profesor de física en la Universidad Penn State y teórico del equipo de investigación dirigido por Martin Zwierlein, profesor de física e investigador principal en el Centro NSF para Átomos Ultrafríos y el Laboratorio de Investigación de Electrónica en el Instituto de Tecnología de Massachusetts MIT.
Por primera vez, los experimentadores del equipo han realizado cientos de observaciones de átomos de potasio individuales, enfriados a solo un poco por encima del cero absoluto, atrapados por los láseres en una cuadrícula bidimensional e interactuando entre ellos de maneras interesantes que podrían ayudarpara revelar los comportamientos de los electrones superconductores. Los científicos del equipo sospechan que han observado una de las dinámicas importantes que contribuyen a producir la superconductividad a alta temperatura, es decir, que los electrones comienzan a formar pares que se "agrupan" con espacios vacíos en la red.
Una contribución importante de los teóricos en el equipo es su demostración de que el modelo matemático desarrollado para comprender materiales reales el llamado modelo de Hubbard podría reproducir el comportamiento de los átomos en los experimentos bidimensionales del equipo dentro de un cierto rango de temperatura.
"Si podemos descubrir todos los ingredientes esenciales para la superconductividad, tendremos la oportunidad de diseñar recetas, modelos teóricos, para fabricar materiales superconductores de alta temperatura que pueden tener una amplia gama de usos prácticos e innovadores", dijo Rigol.
Zwierlein dirigió al equipo en la construcción de la configuración experimental para ayudar a identificar las condiciones ideales para inducir la superconductividad. Este experimento de "simulador cuántico" utiliza átomos en un gas 2-D como sustitutos de los electrones en un sólido superconductor para "comprender"qué está sucediendo realmente en estos superconductores y qué se debe hacer para hacer superconductores de mayor temperatura, acercándose con suerte a la temperatura ambiente ", dijo Zwierlein.
Debido a las fuertes interacciones, que se consideran esenciales para que se produzca la superconductividad a altas temperaturas, ni siquiera las computadoras más poderosas del mundo han podido resolver el modelo de Hubbard a las temperaturas a las cuales se espera que los electrones se vuelvan superconductores.Entonces, un desafío para los físicos es encontrar técnicas computacionales que puedan resolver este modelo a las temperaturas más bajas posibles en las supercomputadoras actuales. Rigol y sus colaboradores desarrollaron una de esas técnicas, que fue capaz de describir los resultados experimentales.
"Nuestros resultados teóricos describen con precisión cómo los átomos en los experimentos 2D de nuestro equipo realmente se comportaron dentro del rango de temperatura accesible", dijo Rigol. "Si los experimentos futuros pueden demostrar a temperaturas más bajas que los átomos en el simulador cuántico experimental se convierten ensuperconductores, a temperaturas a las cuales nuestras ecuaciones son demasiado difíciles de resolver, entonces sabremos con certeza que nuestro modelo teórico de superconductividad a altas temperaturas es bueno ".
Los resultados del equipo son importantes porque, si se observa superconductividad a temperaturas experimentales más bajas, "sabremos con seguridad que las fuertes interacciones repulsivas entre los electrones pueden producir superconductividad a alta temperatura", dijo Rigol.
"Lograr esta comprensión también podría tener un profundo impacto en la tecnología, porque conocer las características de un material que son necesarias para producir superconductividad a alta temperatura podría conducir a la ingeniería de materiales superconductores más avanzados".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Penn State University . Original escrito por Barbara K. Kennedy. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :