En la actualidad, no existe un método de cálculo preciso para describir los materiales superconductores. TU Wien ha logrado un gran avance hacia la consecución de este objetivo y, al mismo tiempo, ha mejorado la comprensión de por qué los materiales convencionales solo se vuelven superconductores a alrededor de -200 ° C

¿Por qué siempre tiene que hacer tanto frío? Ahora conocemos una amplia gama de materiales que, bajo ciertas condiciones, conducen la corriente eléctrica sin resistencia. A este fenómeno lo llamamos superconducción. No obstante, todos estos materiales experimentan un problema común:solo se vuelven superconductores a temperaturas extremadamente bajas. La búsqueda para encontrar métodos computacionales teóricos para representar y comprender este hecho se ha venido desarrollando durante muchos años. Todavía, nadie ha logrado encontrar la solución por completo. Sin embargo, TU Wien ha desarrollado ahora un nuevo método que permite una mejor comprensión de la superconducción.

Muchas partículas computación compleja

"Realmente, es sorprendente que la superconducción solo se produzca a temperaturas extremadamente bajas, ", dice el profesor Karsten Held del Instituto de Física del Estado Sólido en TU Wien." Cuando se considera la energía liberada por los electrones involucrados en la superconducción, de hecho, cabría esperar que la superconducción también fuera posible a temperaturas mucho más altas ".

En respuesta a este acertijo, él y su equipo se propusieron buscar un método mejor para representar teóricamente la superconducción. El Dr. Motoharu Kitatani es el autor principal de una nueva publicación que presenta mejoras significativas y permite una comprensión más profunda de la superconductividad de alta temperatura.

No es posible entender la superconducción imaginando los electrones en el material como pequeñas esferas siguiendo una trayectoria distinta como bolas en una mesa de billar. La única forma de explicar la superconducción es aplicando las leyes de la física cuántica. "El problema es que muchas partículas están involucradas en el fenómeno de la superconducción, todo al mismo tiempo, "explica Held." Esto hace que los cálculos sean extremadamente complejos ".

Los electrones individuales del material no pueden considerarse como objetos independientes entre sí; necesitan ser tratados juntos. Sin embargo, esta tarea es tan compleja que no sería posible resolverla con precisión, incluso usando las computadoras más grandes del mundo. "Sin embargo, Existen varios métodos de aproximación que pueden ayudarnos a representar las complejas correlaciones cuánticas entre los electrones, "según Held. Uno de ellos es la" teoría dinámica del campo medio "que es ideal para situaciones en las que calcular las correlaciones cuánticas entre los electrones es particularmente difícil.

Representación mejorada de interacciones

El grupo de investigación de TU Wien presenta ahora una adición a la teoría existente que se basa en un nuevo cálculo de 'diagrama de Feynman'. Los diagramas de Feynman, ideados por el premio Nobel Richard Feynman, son una forma de representar las interacciones entre partículas. Todas las interacciones posibles, como cuando las partículas chocan, sino también la emisión o absorción de partículas, se representan en diagramas y se pueden utilizar para realizar cálculos muy precisos.

Feynman desarrolló este método para su uso en el estudio de partículas individuales en el vacío, sin embargo, también se puede utilizar para representar interacciones complejas entre partículas en objetos sólidos. El problema en la física del estado sólido es que debe permitir una gran cantidad de diagramas de Feynman, porque la interacción entre los electrones es muy intensa. "En un método desarrollado por el profesor Toschi y yo, ya no usamos los diagramas de Feynman únicamente para representar interacciones, pero también usa un complejo, vértice dependiente del tiempo como componente, "explica Held." Este vértice en sí mismo consta de un número infinito de diagramas de Feynman, pero usando un truco inteligente, todavía se puede utilizar para cálculos en una supercomputadora ".

Trabajo de detective minucioso

Esto ha creado una forma extendida de la teoría dinámica del campo medio que permite calcular una buena aproximación de la compleja interacción cuántica de las partículas. "Lo emocionante en términos de física es que podemos demostrar que en realidad es la dependencia temporal del vértice lo que significa que la superconducción solo es posible a bajas temperaturas". Después de una gran cantidad de trabajo de detective minucioso, Motoharu Kitatani y el profesor Held incluso pudieron identificar el diagrama de Feynman ortodoxo que muestra por qué los materiales convencionales solo se vuelven superconductores a -200 ° C y no a temperatura ambiente.

En conjunto con los experimentos que se están llevando a cabo actualmente en el Instituto de Física del Estado Sólido en un grupo de trabajo encabezado por el profesor Barisic, el nuevo método debería hacer una contribución significativa a la mejor comprensión de la superconducción y así permitir el desarrollo de materiales superconductores aún mejores. Identificar un material que también es superconductor a temperatura ambiente sería un gran avance, y permitiría toda una serie de innovaciones tecnológicas revolucionarias.