Suceden cosas extraordinarias a bajas temperaturas. Uno de los mejores ejemplos es seguramente la superconductividad. Este fenómeno, en el que la resistencia eléctrica de un sólido cae a cero por debajo de una temperatura crítica, se conoce desde hace un siglo, y ahora tiene aplicaciones en la ciencia yindustria. Los estudiantes de física y química pueden incluso hacer sus propios imanes levitantes a partir de aleaciones superconductoras.
La mayoría de los superconductores, como la mayoría de los sólidos, son cristalinos: sus estructuras atómicas se construyen a partir de células que se repiten periódicamente. Desde la década de 1980, una forma alternativa de sólido, el cuasicristal QC, se ha vuelto prominente. Aunque los QC tienen simetría, como los cristales,no tienen unidades repetidas. Esta falta de periodicidad resulta en estructuras electrónicas inusuales. Ahora, en un estudio en Comunicaciones de la naturaleza , un equipo de investigación dirigido por la Universidad de Nagoya ha descubierto la superconductividad en un control de calidad por primera vez.
El equipo estudió una aleación de aluminio, zinc y magnesio. Se sabe que la versión cristalina es superconductora. Sin embargo, la estructura de Al-Zn-Mg depende de la relación de los tres elementos. El equipo descubrió que Al tenía un papel crucialefecto sobre las propiedades de la aleación. Como señala el primer autor del estudio, Keisuke Kamiya, "cuando redujimos el contenido de Al manteniendo el contenido de Mg casi constante, la temperatura crítica para la superconductividad al principio disminuyó gradualmente de ~ 0.8 a ~ 0.2 K. Sin embargo, a los 15% Al, sucedieron dos cosas: la aleación se transformó en un cuasicristal y la temperatura crítica se desplomó a ~ 0.05 K. "
Esta temperatura crítica extremadamente baja, solo 1/20 de un grado por encima del cero absoluto, explica por qué la superconductividad en QC ha resultado tan difícil de lograr. Sin embargo, la aleación QC mostró dos características arquetípicas de los superconductores: un salto en calor específico en eltemperatura crítica y la exclusión casi total del flujo magnético del interior, conocido como el efecto Meissner.
La superconducción en cristales convencionales ahora se entiende bien. A temperatura suficientemente baja, los electrones cargados negativamente superan su repulsión mutua y se atraen entre sí, formando parejas. Estos "pares de Cooper" se unen en un condensado de Bose-Einstein, un cuantoestado de la materia con resistencia eléctrica cero. Sin embargo, la atracción entre electrones depende de su interacción con la red sólida, y la teoría convencional supone que se trata de un cristal periódico, en lugar de un control de calidad.
Para el origen de la superconducción en la aleación QC, el equipo consideró tres posibilidades. La más exótica fue "estados propios críticos": estados electrónicos especiales que solo se encuentran cerca del cero absoluto. Los estados propios electrónicos se extienden en cristales y se localizan en sólidos aleatorios,pero la extensión espacial de los estados propios críticos en los QC, que no son periódicos ni aleatorios, no está clara. Sin embargo, el equipo los descartó en función de sus mediciones. Eso condujo a pares de Cooper, ya sea en el extendido o en el menor.variedad común de "acoplamiento débil". De hecho, la aleación se parecía mucho a un superconductor de acoplamiento débil típico.
"Es interesante que la superconductividad de esta aleación no estuviera vinculada a su cuasicristalidad, sino que se parecía a eso en los llamados cristales sucios", dice el autor correspondiente Noriaki K. Sato. "Sin embargo, la teoría de cuasicristales también predice otra forma de superconducción, basado en la geometría fractal en CC. Creemos que existe una gran posibilidad de que la superconductividad fractal haga al menos alguna contribución, y estaríamos entusiasmados de finalmente medirlo ".
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Materiales proporcionado por Universidad de Nagoya . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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