El transporte de energía eléctrica sin disipación, también conocido como superconductividad, se considera un faro de esperanza para la industria energética. Desde su descubrimiento hace más de 100 años, científicos de todo el mundo han estado investigando este conocido fenómeno cuántico, que, sin embargo, requiere que los electrones de los metales se enfríen a temperaturas ultrabajas. Un equipo de científicos del Cluster of Excellence ct.qmat-Complejidad y topología en materia cuántica en las universidades de Dresde y Würzburg ha hecho un descubrimiento notable: en ciertos metales superconductores, un compuesto de cuatro electrones asegura que se cree un estado completamente nuevo de la materia. Hasta ahora, solo se sabía que los pares de electrones jugaban un papel ensuperconductividad. El descubrimiento del equipo de investigación dirigido por el profesor Hans-Henning Klauss de la Technische Universität Dresden se considera, por tanto, un hito para la investigación de materiales. Los resultados de la investigación se han publicado en la revista Física de la naturaleza .
La familia de electrones sorprende a los investigadores
En física cuántica, la superconductividad, descubierta ya en 1911, es probablemente el fenómeno más conocido hasta la fecha. Sus fundamentos teóricos se comprenden desde la década de 1950. Es esencial que los electrones a temperaturas ultrabajas ya no se muevan a través de un metal.individualmente, pero como pares. Los pares de electrones no chocan con la red atómica, por lo que pueden transportar su carga sin pérdida de energía.
Cuando los investigadores de Dresde dirigidos por Henning Klauss investigaron experimentalmente el metal superconductor Ba 1-x K x Fe 2 como 2 de la clase de pnictidas de hierro, inicialmente sospecharon un error: "Cuando descubrimos que de repente cuatro electrones en lugar de dos estaban formando un enlace, primero creímos que era un error de medición. Pero cuantos más métodos usamos para confirmar el resultado, más claro quedó que esto tenía que ser un fenómeno nuevo: todos los datos son consistentes con el mismo resultado.Ahora sabemos que la familia de electrones de cuatro partículas en ciertos metales crea un estado completamente nuevo de la materia cuando se enfría a temperaturas ultrabajas.A lo que esto conducirá en el futuro quedará claro en los próximos años ", comenta el físico de Dresde Hans-Henning Klauss.
Resultados probados durante más de dos años
Ya hace unos diez años, se predijo teóricamente que podría haber un estado inusual de la materia en ciertos metales superconductores, en el que juegan un papel cuatro en lugar de dos electrones. El equipo de investigación internacional del Cluster of Excellence ct.qmat haahora proporcionó la primera evidencia experimental. Se examinó durante dos años utilizando siete métodos diferentes.
"Descubrimos por primera vez el nuevo estado de la materia en un acelerador de partículas suizo. Luego pudimos confirmar nuestros resultados con otros seis métodos in situ en Dresde y en la Universidad de Estocolmo. La gran ventaja de la ubicación de Dresde son las distancias cortas: IPuedo llevar mi muestra casi a pie a un Instituto Leibniz o al Centro Helmholz ", enfatiza el experimentador principal del proyecto, el Dr. Vadim Grinenko de TU Dresden. La interpretación teórica de los resultados de la medición proviene del físico sueco Prof. Egor Babaev.
Es posible un nuevo tipo de superconductividad
El descubrimiento de los pnictidos de hierro como una clase de materiales particularmente adecuados para la superconductividad ya desencadenó un auge mundial de la investigación en física y ciencia de los materiales a partir de 2008. La industria energética tiene grandes esperanzas para el fenómeno cuántico popular porque hasta el 15 por ciento de la energía esen el transporte de energía convencional debido a la resistencia del transporte. "Si realmente pudiera transportar electricidad por todo el país en metales superconductores a temperatura ambiente, unas diez grandes centrales eléctricas serían superfluas de inmediato", dice Klauss. Sin embargo, la investigación básica, comoProf. Klauss ': se preocupa por comprender la física subyacente y, en el mejor de los casos, puede especular sobre aplicaciones futuras.
"Se puede suponer que nuestros resultados conducirán a una línea de investigación completamente nueva, buscando otros metales con cuatro electrones conectados, por ejemplo, o explorando cómo se deben cambiar los materiales para crear una familia de electrones", explica Klauss.En términos puramente teóricos, también sería posible un tipo completamente nuevo de superconductividad con nuestra familia de electrones. Lo único que es seguro es que los pnictidos de hierro son muy adecuados para tecnologías como los sensores cuánticos debido a su nuevo estado agregado ".
Participación internacional
Además del Prof. Hans-Henning Klauss, el Dr. Vadim Grinenko de TU Dresden y el Prof. Egor Babaev del Real Instituto de Tecnología de Estocolmo participaron significativamente en los resultados de la investigación actual. Los experimentos se llevaron a cabo en el Swiss PaulScherrer Institute en Villigen, así como en el Leibniz Institute for Solid State and Materials Research en Dresden, el laboratorio de imanes de alto campo del Helmholtz Center Dresden-Rossendorf y el AIST Institute en Tsukuba en Japón.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Technische Universität Dresden . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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