Un descubrimiento reciente publicado en Física de la naturaleza proporciona una técnica innovadora para calcular las formas de los electrones. Este hallazgo ayudará a los científicos a comprender mejor y más rápidamente las propiedades de los materiales complejos. El Dr. Emanuele Dalla Torre, de la Universidad de Bar-Ilan, junto con el Dr. Yang He yEl profesor Eugene Demler, de la Universidad de Harvard, utilizó la lógica holográfica para compilar un algoritmo para visualizar la forma de un electrón en un material superconductor. Esta exitosa colaboración aclaró los desconcertantes resultados de una serie de experimentos realizados en los últimos 15 años, resolviendo un misteriosoenigma científico.
Usar matemáticas para explicar la naturaleza
La Dra. Dalla Torre, miembro de la facultad del Departamento de Física de la Universidad Bar-Ilan en Israel, dice que, de acuerdo con la mecánica cuántica, los electrones pueden poseer propiedades onduladas. "Sin embargo, la forma de onda no siempre es evidente, y tiende a variar según las condiciones del material que alberga el electrón ", dice Dalla Torre.
"La invención a principios de la década de 1980 del STM, un microscopio de muy alta resolución, proporcionó la capacidad, por primera vez, de ver átomos individuales en materiales. Sin embargo, hasta ahora, los científicos habían visto la forma de un electrónsólo en átomos aislados, en el vacío, pero no dentro de un material complejo que contiene una amplia gama de átomos, donde el contorno de cada electrón es indistinguible ", explica Dalla Torre.
"Desarrollamos un algoritmo matemático que nos ayudó a analizar mediciones STM de alta precisión de cupratos, compuestos de cobre y oxígeno, conocidos por mantener las mejores propiedades superconductoras. Al identificar correlaciones recurrentes entre puntos de datos experimentales previamente desapercibidos, pudimos reconstruirla forma de los electrones en estos maravillosos materiales ", dice.
¿Quién le teme a la física teórica?
"La forma que encontramos como se muestra en la foto adjunta contiene regiones positivas azul y negativas rojo. Los electrones están suspendidos dentro de una estructura ordenada de átomos: los círculos azules indican átomos de oxígeno, mientras que los círculos rosasindican átomos de cobre. Por primera vez, aislamos y confirmamos una forma única de un electrón dentro de un material complejo ", explica Dalla Torre, y agrega" Curiosamente, esta forma coincidió precisamente con las predicciones hechas en 1988 por los físicos teóricos Zhang y Rice deETH: la Universidad de Ciencia y Tecnología de Zúrich ".
Además, al revelar información previamente desconocida, el descubrimiento de Dalla Torre y sus colegas les permitió también proporcionar una explicación coherente para varios experimentos enigmáticos, iniciados en 2002 por el profesor Seamus Davis, de la Universidad de Cornell, y su estudiante, la profesora JenniferHoffman, de la Universidad de Harvard, quien, usando un STM, reveló patrones recurrentes de brillo atómico en cupratos.
A lo largo de los años, numerosos investigadores ofrecieron interpretaciones para estos hallazgos y para otras observaciones ambiguas relacionadas, pero, hasta ahora, no había una explicación satisfactoria para las señales misteriosamente recurrentes. Dalla Torre y sus colegas sospecharon que tenía que ver con la formade los electrones y, una vez que mapearon estas formas en cupratos, pudieron ofrecer una explicación simple para la observación.
Búsqueda aleatoria de nuevos materiales, como hornear un pastel sin receta
"Los superconductores son materiales que, a temperatura ambiente, apenas conducen la electricidad. Sin embargo, cuando se enfrían por debajo de una cierta temperatura, la temperatura crítica, se transforman en superhéroes y conducen corrientes eléctricas sin ninguna resistencia y sin calentarse ni derretirse.. Estos materiales, por lo tanto, son muy buscados por su uso potencial en una variedad de tecnologías de próxima generación ", explica Dalla Torre.
"La temperatura crítica más alta de los superconductores descubiertos hasta ahora es la de los cupratos, que requieren un enfriamiento tan bajo como -135 ° C para convertirse en superconductores. Los costos involucrados en el enfriamiento a estas temperaturas son prohibitivamente altos, lo que explica la búsqueda en cursopara el Santo Grial, la temperatura crítica más alta posible que proporciona viabilidad económica ", dice Dalla Torre." En ausencia de una metodología eficaz en su búsqueda de nuevos materiales superconductores, los laboratorios de todo el mundo recurren a probar elementos al azar, con la esperanza de descubrirel candidato perfecto ", dice." Es como hornear un pastel sin receta: esperas que salga esponjoso, pero no tienes idea de qué ingredientes pueden afectar la rigidez ".
Ejercicio ligero con holograma
¿Sabías que un holograma no es una imagen real? Es un patrón codificado, basado en una característica especial de la luz. Estamos mirando una imagen 2D, que nuestros ojos convierten en 3D. Dalla Torre y sus colegas aplicaron ellógica de un holograma para obtener información sobre un objeto 3D a partir de las mediciones de una superficie 2D. Al extraer toda la información codificada en una medición STM 2D de cuprato, visualizaron la forma de un electrón.
Allanando el camino a futuros descubrimientos
Algunos consideran que los electrones son el "alma" de un material, determinando su color, su conductividad y toda su actividad química. Dalla Torre espera que esta técnica innovadora para decodificar formas de electrones permita el diseño de materiales más inteligentes adecuados paratecnologías futuras en constante cambio. "Al obtener una mejor comprensión del comportamiento de los materiales, los científicos pueden estar en el camino de encontrar el próximo superconductor", dice.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Universidad de Bar-Ilan . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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