Las mediciones en un material superconductor muestran una transición abrupta entre un metal normal y un metal "extraño". Lo realmente extraño sin embargo, es que esta brusquedad desaparece cuando baja la temperatura. "No tenemos ninguna maquinaria teórica para esto, "dice el físico teórico Jan Zaanen, coautor de un Ciencias artículo, "esto es algo que sólo una computadora cuántica puede calcular".

Los superconductores han proporcionado sorpresas durante más de un siglo. En 1911, Heike Kamerlingh Onnes en Leiden descubrió que el mercurio conducirá la corriente eléctrica sin ninguna resistencia a 4,2 Kelvin (4,5 grados por encima del cero absoluto, o -273,15 grados Celsius).

El fenómeno se explicó solo en 1957, y en 1986, Se descubrió un nuevo tipo de superconductividad en los óxidos de cobre complejos. Esta superconductividad de alta temperatura incluso sobrevive a temperaturas suaves de 92 Kelvin.

Si pudiera extenderse a temperatura ambiente, superconductividad significaría aplicaciones tecnológicas sin precedentes, pero hasta ahora, el fenómeno ha esquivado una explicación completa. Esto no se debe a la falta de esfuerzo de físicos como Jan Zaanen, coautor y teórico de la casa con un grupo de físicos experimentales de Stanford que publicó un artículo en Ciencias .

Metal extraño

"Supongo que causará una gran impresión, "Zaanen escribe sobre la publicación". Incluso para Ciencias normas este no es un artículo corriente ".

Desde 1957, Se sabe que la superconductividad es causada por electrones que forman pares, que puede navegar a través de un cristal sin obstáculos. Esto solo ocurre por debajo de una temperatura crítica, Tc. Sin embargo, incluso por encima de esta temperatura, los superconductores de alta Tc exhiben un comportamiento extraño. En esta extraña fase de metal los electrones no se comportan como partículas en gran medida independientes, como hacen en los metales normales, pero como colectivos.

Sudi Chen y sus colegas de la Universidad de Stanford investigaron la transición entre lo normal y lo extraño en el óxido de cobre superconductor Bi (2212), utilizando la técnica ARPES (Espectroscopía de fotoemisión resuelta en ángulo). En ARPES, la luz ultravioleta intensa se dirige a la muestra, que lleva energía que puede expulsar electrones de él. La energía y la velocidad de estos electrones arrojados delatan el comportamiento de los electrones dentro de la muestra.

Agua hirviendo

Aparte de la temperatura, el parámetro de dopaje es crucial. Al modificar la química exacta del material, el número de portadores de carga que se mueven libremente se puede variar, que influye en las propiedades.

A temperaturas relativamente cálidas, justo por encima de la Tc más alta posible, la transición entre el metal normal y el extraño se produce entre un porcentaje de dopaje del 19 y el 20 por ciento. En esta transición, Chen y sus colegas muestran que la distribución de energía de los electrones cambia abruptamente. Tales transiciones discontinuas son comunes en física. Un ejemplo es el agua hirviendo:en la transición de agua líquida a vapor, la densidad da un salto gigante discontinuo.

Pero lo curioso es que en este caso, la discontinuidad desaparece cuando la temperatura se reduce al reino superconductor:la brusquedad se suaviza, y las propiedades cambian repentinamente continuamente.

Basura

"Entonces, ¿cuál es el caso? Según un principio físico general, El comportamiento discontinuo a altas temperaturas debería traducirse en una transición discontinua a bajas temperaturas, "dice Zaanen." El hecho de que esto no suceda está reñido con cualquier cálculo hasta ahora. La maquinaria teórica completa nos está fallando.

Esto también significa que la llamada transición crítica cuántica, uno de los favoritos entre las explicaciones, puede tirarse a la basura porque predice un comportamiento continuo de la señal ARPES cuando el dopaje varía.

Según Zaanen, todo esto es una clara indicación de que la fase de metal extraño es una consecuencia del entrelazamiento cuántico. Este es el entrelazamiento de las propiedades mecánicas cuánticas de las partículas, que también es un ingrediente esencial para las computadoras cuánticas.

Computadoras cuánticas

Por eso, Zaanen piensa, este comportamiento se puede calcular satisfactoriamente solo utilizando una computadora cuántica. Incluso más que descifrar códigos de seguridad o calcular moléculas, el extraño metal es el caso de prueba ideal, donde las computadoras cuánticas pueden mostrar sus ventajas con respecto a las computadoras normales.

La moraleja de la historia, dice Zaanen, es que el origen de la superconductividad en sí es cada vez más un tema secundario. "Después de treinta años, Cada vez hay más pruebas de que la alta superconductividad de Tc apunta hacia una forma de materia radicalmente nueva, que se rige por las consecuencias del entrelazamiento cuántico en el mundo macroscópico ".