Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers, Suecia, han descubierto un nuevo y sorprendente comportamiento del estado de 'metal extraño' de los superconductores de alta temperatura. El descubrimiento representa una pieza importante del rompecabezas para comprender estos materiales, y los hallazgos se han publicado enel periódico ciencia .
La superconductividad, donde una corriente eléctrica se transporta sin pérdidas, tiene un enorme potencial para las tecnologías ecológicas. Por ejemplo, si se pudiera hacer funcionar a temperaturas lo suficientemente altas, podría permitir el transporte sin pérdidas de energía renovable a grandes distancias.Este fenómeno es el objetivo del campo de investigación de la superconductividad de alta temperatura. El récord actual es de 130 grados centígrados, que puede no parecer una temperatura alta, pero lo es en comparación con los superconductores estándar que solo funcionan por debajo de 230 grados centígrados.Si bien la superconductividad estándar se comprende bien, varios aspectos de la superconductividad a alta temperatura siguen siendo un rompecabezas por resolver. La investigación recientemente publicada se centra en la propiedad menos comprendida: el llamado estado de 'metal extraño', que aparece a temperaturas más altas que las que permitenpara superconductividad.
" Este estado de 'metal extraño' se llama acertadamente. Los materiales realmente se comportan de una manera muy inusual, y es un misterio entre los investigadores. Nuestro trabajo ahora ofrece una nueva comprensión del fenómeno. A través de nuevos experimentos, hemos aprendidonueva información crucial sobre cómo funciona el extraño estado del metal ", dice Floriana Lombardi, profesora del Laboratorio de Física de Dispositivos Cuánticos en el Departamento de Microtecnología y Nanociencia de Chalmers.
se cree que se basa en el entrelazamiento cuántico
El extraño estado del metal recibió su nombre porque su comportamiento al conducir electricidad es, a primera vista, demasiado simple. En un metal ordinario, muchos procesos diferentes afectan la resistencia eléctrica: los electrones pueden colisionar con la red atómica,con impurezas, o con ellos mismos, y cada proceso tiene una dependencia de temperatura diferente. Esto significa que la resistencia total resultante se convierte en una función complicada de la temperatura. En marcado contraste, la resistencia para metales extraños es una función lineal de la temperatura, es decir, unalínea recta desde las temperaturas más bajas alcanzables hasta donde se funde el material.
"Un comportamiento tan simple pide una explicación simple basada en un principio poderoso, y para este tipo de materiales cuánticos se cree que el principio es el entrelazamiento cuántico", dice Ulf Gran, profesor de la División de Subatómicos, Altas Energías yFísica del Plasma en el Departamento de Física de Chalmers.
"El entrelazamiento cuántico es lo que Einstein llamó 'acción espeluznante a distancia' y representa una forma de interacción de los electrones que no tiene contrapartida en la física clásica. Para explicar las propiedades contraintuitivas del estado extraño del metal, todas las partículas deben estar entrelazadas conentre sí, dando lugar a una sopa de electrones en la que no se pueden discernir las partículas individuales, y que constituye una forma de materia radicalmente nueva ".
Explorando la conexión con ondas de densidad de carga
El hallazgo clave del artículo es que los autores descubrieron qué mata el extraño estado del metal. En los superconductores de alta temperatura, las ondas de densidad de carga CDW, que son ondas de carga eléctrica generadas por patrones de electrones en la red del material, ocurren cuandola fase de metal extraño se rompe. Para explorar esta conexión, se sometieron a tensión muestras a nanoescala del óxido de cobre, bario ytrio, metal superconductor, para suprimir las ondas de densidad de carga. Esto luego condujo al resurgimiento del estado extraño del metal.metal, los investigadores pudieron así expandir el extraño estado del metal en la región previamente dominada por CDW, lo que hace que el 'metal extraño' sea aún más extraño.
"Las temperaturas más altas para la transición superconductora se han observado cuando la fase de metal extraño es más pronunciada. Por lo tanto, comprender esta nueva fase de la materia es de suma importancia para poder construir nuevos materiales que exhiban superconductividad a temperaturas aún más altas", explicaFloriana Lombardi.
El trabajo de los investigadores indica una estrecha conexión entre la aparición de ondas de densidad de carga y la ruptura del extraño estado del metal, una pista potencialmente vital para comprender este último fenómeno, y que podría representar una de las pruebas más llamativas de la mecánica cuántica.principios a escala macro. Los resultados también sugieren una nueva y prometedora vía de investigación, utilizando el control de deformación para manipular materiales cuánticos.
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