Durante años, Los físicos han asumido que Cooper empareja, los dúos de electrones que permiten a los superconductores conducir la electricidad sin resistencia, eran ponis de dos trucos. Las parejas se deslizan libremente, creando un estado superconductor, o crear un estado de aislamiento atascándose dentro de un material, incapaz de moverse en absoluto.

Pero en un nuevo artículo publicado en Ciencias , un equipo de investigadores ha demostrado que los pares de Cooper también pueden conducir electricidad con cierta cantidad de resistencia, como hacen los metales normales. Los hallazgos describen un estado de la materia completamente nuevo, los investigadores dicen, eso requerirá una nueva explicación teórica.

"Había evidencia de que este estado metálico surgiría en superconductores de película delgada a medida que se enfriaran hacia su temperatura superconductora, pero si ese estado involucró a pares de Cooper era una pregunta abierta, "dijo Jim Valles, profesor de física en la Universidad de Brown y autor correspondiente del estudio. "Hemos desarrollado una técnica que nos permite probar esa pregunta y demostramos que, Por supuesto, Los pares de cobre son responsables de transportar la carga en este estado metálico. Lo interesante es que nadie está muy seguro a un nivel fundamental de cómo lo hacen, por lo que este hallazgo requerirá un trabajo más teórico y experimental para comprender exactamente lo que está sucediendo ".

Los pares de Cooper llevan el nombre de Leon Cooper, un profesor de física en Brown que ganó el Premio Nobel en 1972 por describir su papel en la habilitación de la superconductividad. La resistencia se crea cuando los electrones vibran en la red atómica de un material a medida que se mueven. Pero cuando los electrones se unen para convertirse en pares de Cooper, sufren una transformación notable. Los electrones por sí mismos son fermiones, partículas que obedecen al principio de exclusión de Pauli, lo que significa que cada electrón tiende a mantener su propio estado cuántico. Cooper pares, sin embargo, actuar como bosones, que felizmente puede compartir el mismo estado. Ese comportamiento bosónico permite a los pares de Cooper coordinar sus movimientos con otros conjuntos de pares de Cooper de una manera que reduce la resistencia a cero.

En 2007, Valles, trabajando con el profesor de ingeniería y física de Brown, Jimmy Xu, demostró que los pares de Cooper también podían producir estados aislantes y superconductividad. En materiales muy delgados, en lugar de moverse en concierto, las parejas conspiran para mantenerse en el lugar, varado en pequeñas islas dentro de un material e incapaz de saltar a la siguiente isla.

Para este nuevo estudio, Valles, Xu y sus colegas en China buscaron pares de Cooper en el estado metálico no superconductor utilizando una técnica similar a la que reveló los aisladores de pares de Cooper. La técnica implica modelar un superconductor de película delgada, en este caso un superconductor de óxido de cobre, bario ytrio de alta temperatura (YBCO), con arreglos de orificios diminutos. Cuando el material tiene una corriente que lo atraviesa y se expone a un campo magnético, Los portadores de carga en el material orbitarán los agujeros como agua dando vueltas a un desagüe.

"Podemos medir la frecuencia a la que circulan estas cargas, "Valles dijo." En este caso, Descubrimos que la frecuencia es consistente con dos electrones dando vueltas a la vez en lugar de solo uno. Así que podemos concluir que los portadores de carga en este estado son pares de Cooper y no electrones individuales ".

La idea de que los pares de Cooper similares a bosones sean responsables de este estado metálico es algo sorprendente, los investigadores dicen, porque hay elementos de la teoría cuántica que sugieren que esto no debería ser posible. Entonces, comprender lo que está sucediendo en este estado podría conducir a una nueva física emocionante, pero se requerirá más investigación.

Afortunadamente, los investigadores dicen, el hecho de que este fenómeno se haya detectado en un superconductor de alta temperatura hará que las investigaciones futuras sean más prácticas. YBCO comienza a superconducir alrededor de -181 grados Celsius, y la fase metálica comienza a temperaturas justo por encima de eso. Eso es bastante frío pero es mucho más cálido que otros superconductores, que están activos justo por encima del cero absoluto. Esa temperatura más alta facilita el uso de la espectroscopia y otras técnicas destinadas a comprender mejor lo que está sucediendo en esta fase metálica.

Por el camino, los investigadores dicen, podría ser posible aprovechar este estado metálico bosónico para nuevos tipos de dispositivos electrónicos.

"Lo que pasa con los bosones es que tienden a estar en un estado más parecido a una onda que los electrones, así que hablamos de que tienen una fase y crean interferencias de la misma manera que lo hace la luz, ", Dijo Valles." Así que podría haber nuevas modalidades para mover la carga en los dispositivos jugando con la interferencia entre los bosones ".

Pero por ahora, los investigadores están felices de haber descubierto un nuevo estado de la materia.

"La ciencia se basa en descubrimientos, "Xu dijo, "y es genial haber descubierto algo completamente nuevo".