Los materiales pueden asumir propiedades completamente diferentes, según la temperatura, la presión, el voltaje eléctrico u otras cantidades físicas. En la física teórica del estado sólido, se utilizan modelos informáticos de última generación para comprender estas propiedades en detalle. A veces estofunciona bien, pero a veces se producen efectos extraños que aún parecen desconcertantes, como los fenómenos relacionados con la superconductividad de alta temperatura.
Hace unos años, los científicos de TU Wien ya pudieron aclarar matemáticamente dónde se encuentra el límite entre el área que sigue las reglas conocidas y el área donde los efectos inusuales juegan un papel importante. Ahora, con la ayuda de cálculos complejos en supercomputadoras, ha sido posible por primera vez explicar exactamente lo que sucede cuando se cruza este límite: la repulsión entre los electrones es repentinamente contrarrestada por una fuerza de atracción adicional que permite efectos completamente contrarios a la intuición.
Similar a la forma en que las moléculas de agua se combinan para formar gotitas, los electrones pueden unirse en ciertos puntos, como si estuvieran parcialmente pegados. Los resultados, que se obtuvieron en una cooperación internacional entre TU Wien, la Universidad de Würzburg,la Universidad de L'Aquila y la Universidad de Georgetown en Washington DC, ahora se han publicado en la revista " Cartas de revisión física . "
Hasta el infinito y más allá
"Los electrones están cargados negativamente, se repelen entre sí. Por lo tanto, los electrones que se mueven a través del material son dispersados por otros electrones", dice el profesor Alessandro Toschi del Instituto de Física del Estado Sólido en TU Wien. "Sin embargo, esta dispersión esno siempre es igual de fuerte. Es posible que la repulsión entre los electrones se filtre en el material. Esto depende de muchos factores, como la composición química del material ".
Exactamente en el límite donde comienzan a aparecer efectos inusuales, los procesos de dispersión entre los electrones se vuelven teóricamente infinitamente fuertes debido a la falta de detección. Esto se conoce como "divergencia", y estas divergencias representan un gran desafío para la investigación ".Durante mucho tiempo, hubo una discusión muy controvertida: ¿estas divergencias tienen realmente un significado físico real? ", Dice Patrick Chalupa, quien está investigando este problema como parte de su disertación en el grupo de Alessandro Toschi." Pudimos responder a esta pregunta.: Sí, estas divergencias no son solo una curiosidad matemática, sino la clave para una mejor comprensión de los efectos materiales importantes ", dice Matthias Reitner, quien escribió su tesis de maestría sobre este tema.
Si te acercas al límite matemático, la repulsión se vuelve cada vez más fuerte. En el límite, la dispersión correspondiente entre los electrones se vuelve infinitamente grande, pero si cruzas el límite, sucede algo sorprendente: la repulsión provoca repentinamente una atracción adicional. EstoLa atracción efectiva obliga a los electrones a reunirse en ciertos puntos de un espacio confinado, como si estuvieran parcialmente pegados entre sí. Este cambio drástico en el comportamiento está estrechamente relacionado con la aparición de las divergencias.
transición de fase, similar al vapor de agua
"El resultado es una situación que recuerda al agua líquida y al vapor de agua", dice Alessandro Toschi, "bajo ciertas condiciones hay una atracción entre las moléculas de agua. Se unen y crean una mezcla de gotas líquidas y vapor gaseoso.Sin embargo, el origen de esta atracción es completamente diferente en los dos casos ".
Por primera vez, ha sido posible obtener una imagen detallada de lo que sucede en tales situaciones desde la perspectiva de la ciencia de los materiales a un nivel microscópico. "Esto significa que ahora es posible comprender exactamente por qué ciertos enfoques matemáticos, entonces-llamados métodos perturbativos, no produjeron el resultado correcto ", dice Patrick Chalupa.
Esta nueva visión microscópica podría ser una pieza faltante del rompecabezas para la comprensión teórica de los llamados superconductores no convencionales. Estos son materiales basados en hierro, cobre o níquel que pueden ser superconductores bajo ciertas condiciones hasta temperaturas asombrosamente altas ".finalmente seremos capaces de responder algunas de las preguntas esenciales que han quedado sin respuesta desde el descubrimiento de estos misteriosos materiales hace 40 años ", espera Matthias Reitner.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Viena . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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