Los científicos del Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético con sede en la Universidad Estatal de Florida han descubierto un comportamiento en materiales llamados cupratos que sugiere que transportan corriente de una manera completamente diferente a los metales convencionales como el cobre.

La investigación, publicado hoy en la revista Ciencias , añade un nuevo significado al apodo de los materiales, "metales extraños".

Los cupratos son superconductores de alta temperatura (HTS), lo que significa que pueden transportar corriente sin pérdida de energía a temperaturas algo más cálidas que las convencionales, superconductores de baja temperatura (LTS). Aunque los científicos entienden la física de LTS, aún no han roto la nuez de los materiales HTS. Exactamente cómo viajan los electrones a través de estos materiales sigue siendo el mayor misterio en el campo.

Para su investigación sobre un cuprato específico, óxido de cobre, estroncio y lantano (LSCO), un equipo dirigido por el físico de MagLab Arkady Shekhter se centró en su normalidad, Estado metálico:el estado del que finalmente emerge la superconductividad cuando la temperatura desciende lo suficiente. Este estado normal de los cupratos se conoce como metal "extraño" o "malo", en parte porque los electrones no conducen la electricidad particularmente bien.

Los científicos han estudiado los metales convencionales durante más de un siglo y, en general, están de acuerdo en cómo viaja la electricidad a través de ellos. Llaman a las unidades que llevan carga a través de esos metales "cuasipartículas, "que son esencialmente electrones después de factorizar en su entorno. Estas cuasipartículas actúan casi independientemente unas de otras mientras transportan carga eléctrica a través de un conductor.

Pero, ¿el flujo de cuasipartículas también explica cómo viaja la corriente eléctrica en los cupratos? En la instalación de campo pulsado del National MagLab en Los Alamos, Nuevo Mexico, Shekhter y su equipo investigaron la cuestión. Pusieron LSCO en un campo magnético muy alto, le aplicó una corriente, luego midió la resistencia.

Los datos resultantes revelaron que la corriente no puede, De hecho, viajar a través de cuasipartículas convencionales, como lo hace en cobre o silicio dopado. El estado metálico normal del cuprato, apareció, era todo menos normal.

"Esta es una nueva forma en que los metales pueden conducir la electricidad que no es un montón de cuasipartículas volando, que es el único lenguaje bien entendido y acordado hasta ahora, "Dijo Shekhter." La mayoría de los metales funcionan así ".

Si no por cuasipartículas, ¿exactamente cómo se transporta la carga en la extraña fase metálica de LSCO? Los datos sugieren que puede ser algún tipo de esfuerzo en equipo por parte de los electrones.

Los científicos conocen desde hace algún tiempo un comportamiento intrigante de LSCO:en su estado de conducción normal, la resistividad cambia linealmente con la temperatura. En otras palabras, a medida que sube la temperatura, La resistencia de LSCO a la corriente eléctrica aumenta proporcionalmente, que no es el caso de los metales convencionales.

Shekhter y sus colegas decidieron probar la resistividad de LSCO, pero usando el campo magnético como parámetro en lugar de la temperatura. Colocaron el material en un imán muy potente y midieron la resistividad en campos de hasta 80 teslas. (Un imán de resonancia magnética del hospital, en comparación, genera un campo de aproximadamente 3 teslas). Descubrieron otro caso de resistividad lineal:a medida que aumentaba la fuerza del campo magnético, La resistividad de LSCO aumentó proporcionalmente.

El hecho de que la resistividad lineal en campo refleje tan elegantemente la resistividad lineal en temperatura previamente conocida de LSCO es altamente significativo, Dijo Shekhter.

"Por lo general, cuando ves esas cosas, eso significa que hay un principio muy simple detrás de esto, " él dijo.

El hallazgo sugiere que los electrones parecen cooperar a medida que se mueven a través del material. Los físicos han creído durante algún tiempo que los materiales HTS exhiben tal "comportamiento de electrones correlacionados" en la fase superconductora, aunque aún no se comprende el mecanismo preciso.

Esta nueva evidencia sugiere que LSCO en su estado de conducción normal también puede transportar corriente usando algo más que cuasipartículas independientes, aunque no es superconductividad, cualquiera. ¿Qué es ese "algo", los científicos aún no están seguros. Encontrar la respuesta puede requerir una forma completamente nueva de ver el problema.

"Aquí tenemos una situación en la que ningún idioma existente puede ayudar, ", Dijo Shekhter." Necesitamos encontrar un nuevo lenguaje para pensar en estos materiales ".

La nueva investigación plantea muchas preguntas y algunas ideas tentadoras, incluyendo ideas sobre la forma fundamentalmente diferente en la que la resistividad podría sintonizarse en cupratos. En metales convencionales, explicó Shekhter, La resistividad se puede ajustar de varias formas:imagine un conjunto de diales, cualquiera de los cuales podría ajustar esa propiedad.

Pero en cupratos, Shekhter dijo:"Solo hay un dial para ajustar la resistividad. Y tanto la temperatura como el campo magnético, a su manera, acceder a ese dial ".

Impar, Por supuesto. Pero de metales extraños, uno no esperaría nada menos.