Los superconductores pueden conducir electricidad con resistencia cero gracias a los pares de Cooper, dúos de electrones que se unen y patinan a través de un material sin obstáculos. En 2007, los investigadores de la Universidad de Brown hicieron el sorprendente descubrimiento de que los pares de Cooper también pueden existir en materiales aislantes, ayudando abloquear el flujo de corriente en lugar de habilitarlo. Ahora ese mismo grupo de laboratorio ha revelado las fuerzas involucradas en estos "aisladores de par de Cooper".
en un artículo publicado en Cartas de revisión física , los investigadores muestran que en la fase de aislamiento, los pares de Cooper se mantienen controlados por las interacciones repulsivas entre los mismos pares, no por ningún trastorno en la red atómica del material. Esa información podría ser importante en el diseño de materiales o dispositivos queaproveche la transición de aislamiento superconductor, un interruptor superconductor, por ejemplo.
"Es esencial para la electrónica manipular cómo fluyen los electrones, por lo que encontrar nuevas formas en las que fluyen los electrones conduce a nuevos métodos de manipulación para la implementación en dispositivos novedosos", dijo Jim Valles, profesor de física en Brown y autor principal del artículo ".Este trabajo nos brinda nueva información sobre la propagación de pares de Cooper, que podría ser útil para manipularlos en nuevos dispositivos ".
En su artículo de 2007, Valles y sus colegas realizaron experimentos en películas delgadas hechas de bismuto amorfo. Los bloques gruesos de bismuto amorfo actúan como superconductores, pero cuando se cortan en rodajas de unos pocos átomos de espesor, el material se convierte en un aislante.
La investigación inicial de Valles y sus colegas mostró que las parejas de Cooper que llevan el nombre del físico de Brown Leon Cooper, quien ganó un premio Nobel por describir su dinámica estaban presentes en estas películas. Pero en lugar de moverse libremente como lo hacen en elestado superconductor, los pares de Cooper en las películas quedaron aislados en pequeñas islas dentro del material, incapaces de saltar a la siguiente isla. Sin embargo, no estaba claro qué fuerzas mantenían los pares en su lugar. Eso es lo que Valles y sus colegas esperabanpara encontrar con este nuevo estudio.
Una posibilidad para lo que mantiene a los pares de Cooper en su lugar es su carga. Cada par tiene una fuerte carga negativa, y las partículas con la misma carga se repelen entre sí. Podría ser que un par de Cooper tenga dificultades para saltar a la siguiente islaporque esa isla ya está ocupada por otro par de Cooper que está empujando hacia atrás. Esto crea un atasco relacionado con la carga que evita que una corriente se mueva a través del material.
Valles y sus colegas tenían como objetivo probar ese escenario. Para el estudio, rociaron átomos de gadolinio en la estructura atómica de sus aisladores de bismuto. El gadolinio es magnético y el magnetismo debilita el acoplamiento del par de Cooper, lo que puede hacer que se rompan en electrones individualesSi algunos pares de Cooper se separan incluso por un instante, podría liberar algo de espacio en la isla y dar espacio a los pares intactos para saltar. Entonces, si más pares comienzan a saltar a medida que se agrega más gadolinio, sería una señal clara de que la resistencia en este materialestá impulsado por este embotellamiento relacionado con la carga. Y eso es exactamente lo que mostraron los experimentos.
"Es esta combinación de esas pequeñas islas en las películas y las barreras entre esas islas creadas por la interacción repulsiva de los pares de Cooper lo que da lugar a esta resistencia", dijo Valles.
Esta es la primera vez que alguien puede descartar otros factores que pueden contribuir a la resistencia. Otra posibilidad fue un fenómeno conocido como localización de Anderson, que tiene que ver con el trastorno en la estructura de un material. Los efectos de Anderson pueden serimportante a temperaturas cercanas al cero absoluto, donde contribuyen a un estado aún más exótico conocido como superinsulación, en el que la resistencia se vuelve infinita. Pero a temperaturas relativamente más altas, este estudio muestra que es la carga lo que es importante. Y eso podría tener implicaciones para el diseñode nuevos dispositivos electrónicos, tal vez interruptores superconductores para puertas lógicas.
"Es posible que podamos obtener un interruptor de baja temperatura de esto", dijo Valles. "O si pudiéramos obtener este comportamiento de un superconductor de alta temperatura, podríamos obtener una versión de temperatura más alta, que podría tener inclusouso más práctico "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Brown . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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