Cuando conecta un electrodoméstico o enciende un interruptor de luz, la electricidad parece fluir instantáneamente a través de los cables en la pared. Pero, de hecho, la electricidad es transportada por pequeñas partículas llamadas electrones que se desplazan lentamente a través de los cables. En su viaje,los electrones ocasionalmente chocan con los átomos del material, renunciando a algo de energía con cada colisión.
El grado en que los electrones viajan sin obstáculos determina qué tan bien un material puede conducir electricidad. Los cambios ambientales pueden mejorar la conductividad, en algunos casos drásticamente. Por ejemplo, cuando ciertos materiales se enfrían a temperaturas frías, los electrones se unen para que puedan fluir sin inhibiciones,sin perder nada de energía, un fenómeno llamado superconductividad.
Ahora, un equipo de investigadores del Departamento de Física de la Universidad de Maryland UMD junto con colaboradores ha visto una superconductividad exótica que se basa en interacciones electrónicas muy inusuales. Aunque se predice que ocurrirá en otros sistemas no materiales, este tipo de comportamiento se ha mantenidoEl estudio del equipo, publicado en la edición del 6 de abril de Avances científicos , revela efectos que son profundamente diferentes de cualquier cosa que se haya visto antes con superconductividad.
Las interacciones electrónicas en los superconductores están dictadas por una propiedad cuántica llamada espín. En un superconductor ordinario, los electrones, que transportan un espín de ½, se emparejan y fluyen desinhibidos con la ayuda de vibraciones en la estructura atómica. Esta teoría está bien probaday puede describir el comportamiento de la mayoría de los superconductores. En esta nueva investigación, el equipo descubre evidencia de un nuevo tipo de superconductividad en el material YPtBi, uno que parece surgir de las partículas de spin-3/2.
"Nadie había pensado realmente que esto era posible en materiales sólidos", explica Johnpierre Paglione, profesor de física de la UMD y autor principal del estudio. "Los estados de alto giro en átomos individuales son posibles, pero una vez que se juntan los átomos enun estado sólido, estos estados generalmente se rompen y terminas girando a la mitad "
Descubrir que YPtBi era un superconductor sorprendió a los investigadores en primer lugar. La mayoría de los superconductores comienzan como conductores razonablemente buenos, con una gran cantidad de electrones móviles, un ingrediente que le falta a YPtBi. Según la teoría convencional, YPtBi necesitaríamil veces más electrones móviles con el fin de convertirse en superconductores a temperaturas inferiores a 0,8 Kelvin. Y, sin embargo, al enfriar el material a esta temperatura, el equipo vio que la superconductividad sucedía de todos modos. Esta fue una primera señal de que algo exótico estaba sucediendo dentro de este material.
Después de descubrir la transición anómala del superconductor, los investigadores realizaron mediciones que les dieron una idea del emparejamiento de electrones subyacente. Estudiaron una característica reveladora de los superconductores: su interacción con los campos magnéticos. A medida que el material experimenta la transición a un superconductor, intentarápara expulsar cualquier campo magnético agregado de su interior. Pero la expulsión no es completamente perfecta. Cerca de la superficie, el campo magnético aún puede ingresar al material, pero luego se desintegra rápidamente.y cambia a medida que el material se enfría más y más.
Para probar este efecto, los investigadores variaron la temperatura en una pequeña muestra del material mientras la exponían a un campo magnético más de diez veces más débil que el de la Tierra. Una bobina de cobre que rodea la muestra detectó cambios en las propiedades magnéticas del superconductor y permitióel equipo mide con sensibilidad pequeñas variaciones en la profundidad del campo magnético alcanzado dentro del superconductor.
La medición reveló una intrusión magnética inusual. A medida que el material se calentó desde cero absoluto, la profundidad de penetración de campo para YPtBi aumentó linealmente en lugar de exponencialmente como lo haría con un superconductor convencional. Este efecto, combinado con otras mediciones y cálculos teóricos, restringióposibles formas en que los electrones podrían emparejarse. Los investigadores concluyeron que la mejor explicación para la superconductividad eran los electrones disfrazados de partículas con un espín más alto, una posibilidad que ni siquiera se había considerado antes en el marco de la superconductividad convencional.
El descubrimiento de este superconductor de alto giro ha dado una nueva dirección para este campo de investigación. "Solíamos estar limitados al emparejamiento con partículas de medio giro", dice Hyunsoo Kim, autor principal y científico investigador asistente de la UMD ".Pero si comenzamos a considerar un mayor giro, entonces el panorama de esta investigación superconductora se expande y se vuelve más interesante ".
Por ahora, quedan muchas preguntas abiertas, incluida la forma en que tal emparejamiento podría ocurrir en primer lugar. "Cuando tienes este emparejamiento de alto giro, ¿cuál es el pegamento que mantiene unidos estos pares?", Dice Paglione. "Hay algunas ideas dequé podría estar sucediendo, pero quedan preguntas fundamentales, lo que lo hace aún más fascinante "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :