El ‘metal extraño’ utilizado en los superconductores puede enredar todo un mar de electrones a la vez, los científicos finalmente descubren cómo
Los físicos han ideado una teoría general para explicar el comportamiento de un grupo de metales exóticos que podría ayudar en la búsqueda de superconductores a temperatura ambiente.
Los «metales extraños» son materiales cuánticos con algunas propiedades verdaderamente extrañas: no sólo violan las reglas de resistencia eléctrica que se encuentran en los metales comunes, sino que algunos incluso son capaces de convertirse en superconductores a temperaturas relativamente altas.
Sin embargo, estos extraños metales han desconcertado a los físicos desde su descubrimiento hace 40 años, lo que sugiere que se necesita una nueva teoría fundamental para comprender cómo funcionan. Ahora, un nuevo estudio publicado el 18 de agosto en la revista Science pretende demostrarlo.
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Aavishkar Patel, físico del Centro de Física Cuántica Computacional (CCQ) del Instituto Flatiron, dijo a LiveScience: «Los enfoques tradicionales de la física del estado sólido suponen que la red es uniforme y no tienen en cuenta cómo la uniformidad afecta las interacciones entre los electrones». «Pero la aleatoriedad es la clave».
En los metales comunes, la resistividad (una medida de la facilidad con la que fluye una corriente eléctrica a través de un material) aumenta con el cuadrado de la temperatura y luego se aplana cuando el metal se calienta mucho.
Esto tiene sentido intuitivo: la resistividad se produce cuando los electrones cargados en un metal chocan y se dispersan dentro de la estructura atómica vibrante del metal, por lo que al aumentar la vibración de los átomos aumenta esta tasa de dispersión hasta que los electrones se vuelven incapaces de transportar corriente.
Pero en 1986, una clase de materiales que contienen cobre llamados cupratos rompió todas las reglas. La resistencia de los cupratos aumenta linealmente con la temperatura y, cuando algunos de ellos se enfrían por debajo de un cierto umbral de temperatura, se transforman en superconductores.
La superconductividad de los cupratos es una propiedad tentadora. A diferencia de los primeros superconductores descubiertos, los cupratos se transforman en superconductores con resistividad cero cerca del cero absoluto (menos 459,67 grados Fahrenheit o menos 273,15 grados Celsius) y se convierten en superconductores a menos 211 grados Fahrenheit (menos 135 grados Celsius).
Los físicos esperan que el descubrimiento conduzca a superconductores a temperatura ambiente, abriendo la puerta a la transmisión de energía casi sin pérdidas. Sin embargo, estos descubrimientos se desvanecieron y las conversaciones recientes sobre superconductores a temperatura ambiente terminaron en escándalo y decepción.
Para describir mejor los metales extraños, los investigadores del nuevo estudio idearon una teoría sobre cómo funcionan. La nueva teoría propone que los metales extraños están hechos de muchos electrones unidos por las espeluznantes reglas del entrelazamiento cuántico, que nadan a través de un mosaico de átomos aleatorios.
«Hay un entrelazamiento simultáneo entre muchos electrones, no sólo dos electrones en un par. El sistema de electrones es ‘cuánticamente crítico’, en cierto sentido, lo que significa que está lo más entrelazado posible», dice Pat Er.
Debido a que los átomos en la extraña red metálica están dispersos aleatoriamente, los electrones del interior se entrelazan de diferentes maneras dependiendo de dónde se encuentren en el metal. Esto hace que choquen entre sí con frecuencia, pero a diferentes velocidades, creando cuellos de botella y bloqueos dentro del material.
Los investigadores dicen que su nueva teoría predice muchas propiedades de metales extraños, como la relación lineal entre temperatura y resistividad eléctrica; la dependencia de la frecuencia de su conductividad eléctrica cuando se colocan dentro de un campo electromagnético; su capacidad calorífica específica; y su respuesta al «ruido de disparo». » experimentos que probaron las propiedades de entrelazamiento de los electrones dentro de ellos.
Para refutar esta teoría se requiere la observación de un comportamiento metálico extraño en metales extraños sin aleatoriedad en la estructura reticular. Mientras tanto, dicen los investigadores, al evitar formas competitivas de interacción de los electrones, la teoría podría «abrir la puerta» a la aparición de superconductores a temperatura ambiente.
