Investigadores de la Universidad de Brown han demostrado un método inusual para frenar la superconductividad, la capacidad de un material para conducir una corriente eléctrica con resistencia cero.
La investigación muestra que los campos magnéticos débiles, mucho más débiles que los que normalmente interrumpen la superconductividad, pueden interactuar con defectos en un material para crear un "campo de medición aleatorio", una especie de campo de obstáculos cuánticos que genera resistencia para los electrones superconductores.
"Estamos interrumpiendo la superconductividad de una manera que la gente no había hecho antes", dijo Jim Valles, profesor de física en Brown que dirigió el trabajo. "Este tipo de transición de fase que involucra un campo de medición aleatorio se había predicho teóricamente, pero esta es la primera vez que se ha demostrado en un experimento "
La investigación se publica en la revista Informes científicos .
El estado superconductor depende de la formación y propagación de los "pares de Cooper", electrones acoplados que, a temperaturas muy bajas, se comportan más como ondas que como partículas. Su propiedad en forma de onda les permite viajar a través de la estructura de un material sin golpearse en atómicanúcleos en el camino, reduciendo la resistencia que encuentran a cero. Los pares de Cooper llevan el nombre de Leon Cooper, un físico de la Universidad de Brown que compartió el Premio Nobel de física de 1972 por explicar su comportamiento.
Los enlaces entre los electrones emparejados no son particularmente fuertes. Un pequeño aumento de la temperatura o la presencia de un campo magnético con una fuerza superior a un valor crítico el valor varía un poco para diferentes materiales puede separar los pares, lo que a su vezrompe el estado superconductor
Pero Valles y sus colegas estaban investigando un método diferente para destruir la superconductividad. En lugar de separar los pares de Cooper, el equipo de Valles quería ver si podían interrumpir la forma en que se propagan los pares.
Cuando un material es superconductor, los pares de Cooper se propagan "en fase", lo que significa que los picos y valles de sus ondas cuánticas están correlacionados. Si las ondas se desfasan, no podrán propagarse de una manera que sostenga el estado superconductor,convirtiendo así el material en un aislante.
Para demostrar el fenómeno, Valles y sus colegas crearon pequeños chips superconductores hechos de bismuto amorfo. Los chips fueron hechos con agujeros a nanoescala en ellos, dispuestos en un patrón similar al panal que se repite al azar. El equipo luego aplicó un campo magnético débil alchips. En circunstancias normales, un superconductor repelerá cualquier campo magnético por debajo de un valor crítico e irá directamente a la superconducción. Pero los defectos en el bismuto causaron que el material repele el campo magnético de una manera peculiar, formando pequeños vórtices de corriente eléctrica que rodea cada uno.agujero.
Para los pares de Cooper superconductores, esos vórtices forman una carrera de obstáculos cuántica demasiado difícil de cruzar. Los vórtices actuales empujan y tiran de los frentes de onda de los pares de Cooper que pasan en patrones aleatorios, haciendo que las ondas se desfasen entre sí.
"Estamos interrumpiendo el movimiento coherente de los frentes de onda", dijo Valles. "Como resultado, los pares de Cooper se localizan, no pueden propagarse, y el sistema pasa de la superconducción al aislamiento".
La investigación puede ayudar a los científicos a comprender las propiedades fundamentales de los materiales superconductores, en particular, cómo los defectos en esos materiales podrían interrumpir la superconductividad en ciertas situaciones. Comprender cómo se comportan estos materiales será importante a medida que su uso aumente en aplicaciones como computadoras cuánticas, quedependerá de estados superconductores consistentes.
"En tecnología, estamos tratando de sacar más y más de las propiedades cuánticas de los materiales, pero todos esos materiales tienen estas impurezas desordenadas", dijo Valles. "Hemos demostrado los efectos de cierto tipo dealeatoriedad cuántica en un superconductor que es impulsado por un campo magnético y defectos aleatorios. Por lo tanto, este trabajo puede ser interesante para comprender las limitaciones que existen al explotar las propiedades cuánticas de los materiales ".
Valles espera que los hallazgos y la técnica descrita en el documento conduzcan a otros avances fundamentales.
"Podemos ajustar este cambiador de fase de una manera bien definida que es fácil de modelar, lo que nos permite comprender un poco mejor las transiciones de fase cuántica", dijo Valles. "Entonces, en cierto sentido, hemos creado un nuevopodemos girar para afectar las propiedades de estos materiales y ver cómo reaccionan "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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