El misterio de la superconductividad a alta temperatura finalmente se resuelve

27/11/2022

Durante décadas, un La familia de cristales ha dejado perplejos a los físicos con su desconcertante capacidad de superconducción, es decir, transportar una corriente eléctrica sin ninguna resistencia, a temperaturas mucho más cálidas que otros materiales.

Ahora, un experimento que se llevó a cabo durante años ha visualizado directamente la superconductividad a escala atómica en uno de estos cristales, revelando finalmente la causa del fenómeno para satisfacción de casi todos. Los electrones parecen empujarse unos a otros en un flujo sin fricción de una manera sugerida por primera vez por una teoría venerable casi tan antigua como el misterio mismo.

“Esta evidencia es realmente hermosa y directa”, dijo Subir Sachdev, físico de la Universidad de Harvard que construye teorías de los cristales, conocidos como cupratos, y no participó en el experimento.

“He trabajado en este problema durante 25 años y espero haberlo resuelto”, dijo JC Séamus Davis, quien dirigió el nuevo experimento en la Universidad de Oxford. "Estoy absolutamente emocionado".

La nueva medida coincide con una predicción basada en la teoría, que atribuye la superconductividad del cuprato a un fenómeno cuántico llamado superintercambio. “Estoy asombrado por el acuerdo cuantitativo”, dijo André-Marie Tremblay, físico de la Universidad de Sherbrooke en Canadá y líder del grupo que hizo la predicción el año pasado.

La investigación avanza en la ambición perenne del campo: tomar la superconductividad del cuprato y fortalecer su mecanismo subyacente, para diseñar materiales capaces de cambiar el mundo y ser superconductores de electricidad a temperaturas aún más altas. La superconductividad a temperatura ambiente brindaría una eficiencia perfecta a la electrónica cotidiana, las líneas eléctricas y más, aunque el objetivo sigue siendo lejano.

“Si esta clase de teoría es correcta”, dijo Davis, refiriéndose a la teoría del superintercambio, “debería ser posible describir materiales sintéticos con diferentes átomos en diferentes lugares” para los cuales la temperatura crítica es más alta.

dos pegamentos

Los físicos han luchado con la superconductividad desde que se observó por primera vez en 1911. El científico holandés Heike Kamerlingh Onnes y sus colaboradores enfriaron un alambre de mercurio a unos 4 kelvin (es decir, 4 grados por encima del cero absoluto) y observaron con asombro cómo la resistencia eléctrica caía en picado a cero. . Los electrones se abrieron paso hábilmente a través del cable sin generar calor cuando chocaron con sus átomos, el origen de la resistencia. Se necesitaría "una vida de esfuerzo", dijo Davis, para descubrir cómo.

Sobre la base de conocimientos experimentales clave de mediados de la década de 1950, John Bardeen, Leon Cooper y John Robert Schrieffer publicaron su teoría ganadora del Premio Nobel de esta forma convencional de superconductividad en 1957. La "teoría BCS", como se la conoce hoy, sostiene que las vibraciones moverse a través de filas de átomos "pega" los electrones. Cuando un electrón cargado negativamente vuela entre los átomos, atrae los núcleos atómicos cargados positivamente hacia él y provoca una onda. Esa onda atrae un segundo electrón. Superando su feroz repulsión eléctrica, los dos electrones forman un "par de Cooper".

“Es un verdadero engaño de la naturaleza”, dijo Jörg Schmalian, físico del Instituto de Tecnología de Karlsruhe en Alemania. “Este par de Cooper no se supone que suceda”.

Un nuevo experimento dirigido por el físico de materia condensada Séamus Davis en la Universidad de Oxford casi resuelve el origen de la superconductividad a alta temperatura, un rompecabezas en el que Davis ha trabajado durante 25 años.Fotografía: Domnick Walsh

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