Este extraño material superconductor no puede ser explicado por las teorías actuales

Este extraño material superconductor no puede ser explicado por las teorías actuales

Este extraño material superconductor no puede ser explicado por las teorías actuales Los científicos están comenzando a descifrar el misterio

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Este extraño material superconductor no puede ser explicado por las teorías actuales

Los científicos están comenzando a descifrar el misterio.

A bajas temperaturas, el titanato de estroncio (SrTiO 3 ) puede conducir electricidad sin ninguna resistencia.

El hecho de que no es un metal y aún puede lograr esto ha sido un misterio por mucho tiempo. Ahora los físicos tienen sus primeras pistas sobre por qué desafía las teorías actuales sobre materiales superconductores, y podría preparar el escenario para una revolución en la electrónica.

Una nueva investigación liderada por el Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC del Departamento de Energía de EE. UU. Y la Universidad de Stanford han encontrado que el titanato de estroncio se comporta de forma extrañamente opuesta a los metales superconductores.

Irónicamente, ayuda a explicar por qué es un superconductor en sí mismo.

“Este es un sistema donde todo está patas arriba”, dice el físico de Stanford Harold Hwang .

Para comprender esta naturaleza revoltosa de esta sustancia cristalina, necesitamos dar un paso atrás y observar lo que convencionalmente hace que un material conduzca la electricidad prácticamente sin esfuerzo.

Para que los electrones puedan pasar del punto A al punto B, generalmente necesitan saltar a través de una multitud de átomos empujados por la atracción de dos voltajes diferentes.

Incluso si enfría los átomos hasta que permanezcan inmóviles, la mayoría de los materiales seguirán tirando de la corriente de electrones hasta cierto punto, requiriendo energía para empujarlos.

Los superconductores son diferentes. A una temperatura lo suficientemente baja, la naturaleza de los arreglos de los átomos les permite sacudirse de tal manera que sus electrones superan su repulsión habitual entre sí para formar equipos en lo que se conoce como pares de Cooper .

Como socios, los dos electrones comparten el mismo estado cuántico. Es esta conexión única que les ayuda a encontrar el camino más fácil a través de la jungla de átomos, lo que les permite deslizarse sin esfuerzo a través de su entorno.

Gracias a su capacidad para jugar sueltos y rápidos con sus electrones, los metales constituyen la mayor parte de los materiales superconductores. De hecho, durante varias décadas después de su descubrimiento en 1911 , no se conocían superconductores no metálicos.

El titanato de estroncio cambió eso. En la década de 1960 se descubrió que este extraño óxido tenía propiedades superconductoras cuando, según todas las versiones, no debería.

“Es uno de una gran cantidad de materiales que llamamos superconductores ‘no convencionales’ porque no pueden ser explicados por las teorías actuales”, dice el autor principal Adrian Swartz, del Instituto de Materiales y Ciencias Energéticas de Stanford.

“Al estudiar su comportamiento extremo, esperamos obtener una idea de los ingredientes que conducen a la superconductividad en estos materiales no convencionales, incluidos los que operan a temperaturas más altas”.

Ser capaz de conducir electricidad sin resistencia sin la necesidad de gastar energía al bajar la temperatura sería un gran impulso para la electrónica.

Para entender mejor cómo funcionaba el titanato de estroncio, los investigadores analizaron el comportamiento de sus átomos mediante la espectroscopía de túneles. Este método determina la energía de los componentes discretos de un material, casi como tener un pequeño dedo para detectar las posiciones y las energías de las partículas en un material.

Aunque suena simple en principio, la investigación ha requerido que la tecnología y los procesos de investigación se pongan al día.

“El deseo de hacer este experimento ha estado ahí por décadas, pero ha sido un desafío técnico”, dice Hwang .

Vale la pena la espera, parece. El pequeño “dedo” detectó algo notable sobre la estructura del titanato de estroncio.

Donde los metales superconductores tienen átomos que zumban débilmente y una gran cantidad de electrones para aparearse y deslizarse a través de la agitada multitud, el titanato de estroncio es una especie de opuesto.

Puede que no tenga tantos electrones libres, pero su red de átomos tiene una vibración mucho más fuerte, y el resultado final aún se alinea perfectamente con la teoría superconductora.

“Por lo tanto, el titanato de estroncio parece ser un superconductor no convencional que actúa como uno convencional en algunos aspectos”, dice Hwang.

Recientemente, el grafeno ha sido el material maravilloso que ha captado la atención de los físicos que estudian superconductores no metálicos. Claramente, hay mucho espacio para más investigaciones sobre este apasionante campo.

Con su tecnología de espectroscopia de efecto túnel en el juego, el equipo planea continuar investigando aún más las propiedades inusuales del titanato de estroncio, con la esperanza de desarrollar ideas que algún día podrían conducir a un nuevo tipo de conducción.

Esta investigación fue publicada en PNAS

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