Cuando la gente imagina "nuevos materiales, "Suelen pensar en la química. Pero el físico de la UConn Ilya Sochnikov tiene otra sugerencia:la mecánica.

Sochnikov trabaja con superconductores. Los superconductores son materiales que permiten que la electricidad fluya sin perder energía. En un director normal, digamos, Una línea eléctrica:la corriente eléctrica se reduce gradualmente por la fricción y la pérdida. Perdemos hasta el 90% de la electricidad que generamos de esta manera. Pero una corriente eléctrica podría fluir a través de un circuito superconductor para siempre, inmutable. Los superconductores prácticos harían redes eléctricas y muchos dispositivos, incluyendo computadoras nuevas, mucho más eficiente energéticamente.

Los químicos y metalúrgicos han experimentado con diferentes combinaciones de elementos durante años, tratando de obtener superconductores que funcionen a temperaturas cercanas a la temperatura ambiente (la mayoría de los superconductores solo funcionan cuando están muy fríos). La idea es encontrar la combinación perfecta de elementos que tengan exactamente la densidad correcta de electrones, a las energías adecuadas. Cuando eso pasa, los electrones se emparejan y se mueven a través del material de forma sincronizada, incluso a temperaturas superiores a 77 grados Kelvin, que es la temperatura del nitrógeno líquido. Eso se considera un superconductor de alta temperatura, porque el nitrógeno líquido es barato de producir y puede usarse como refrigerante. Pero encontrar la química adecuada para fabricar nuevos y mejores superconductores de alta temperatura ha sido difícil.

Sochnikov y sus estudiantes lo piensan de manera diferente. ¿Qué pasaría si los cambios mecánicos como apretar o estirar pudieran convertir un material en un superconductor? En última instancia, cambiar la química consiste en cambiar la disposición de átomos y electrones en un material. Las tensiones mecánicas pueden hacer lo mismo, de una manera diferente.

Junto con los estudiantes del Departamento de Física Chloe Herrera, Jonás Cerbin, Donny Davino, y Jacob Franklin, Sochnikov diseñó una máquina para estirar una pequeña pieza de superconductor para ver qué pasaba. Escogieron titanato de estroncio, un material conocido utilizado en aplicaciones de electrónica de alta tecnología como cristales grandes y casi perfectos, que se convierte en un superconductor alrededor de 0,5 grados Kelvin. Eso es ridículamente frío más frío incluso que el helio líquido. Pero el titanato de estroncio se comporta de una manera muy extraña cuando hace tanto frío. Sus átomos se polarizan; eso significa que todos oscilan en sincronía. Puedes imaginarlos rebotando suavemente hacia arriba y hacia abajo, todos juntos. Estas oscilaciones tienden a unir electrones, ayudarlos a moverse en pareja, esto es probablemente lo que lo convierte en superconducto.

Sochnikov y los estudiantes del grupo sabían que estirar el titanato de estroncio cambiaría la forma en que oscilaban sus átomos. Ese, Sucesivamente, podría cambiar la forma en que se mueven los electrones. La máquina que estira el cristal está hecha de cobre para conducir el calor lejos del cristal. La mayoría del resto de los trabajos están recubiertos de oro para reflejar el calor del exterior. Utiliza tres cilindros para enfriar el material; primero a la temperatura del nitrógeno líquido (70K), luego helio líquido (4K), luego a una mezcla hirviendo de helio-3 y helio-4 (debido a extraños efectos cuánticos, es incluso más frío que el helio líquido normal, ¡solo unas milésimas de Kelvin! ¡Muy cerca del cero absoluto!)

Toda la configuración está suspendida en un marco de acero que flota sobre amortiguadores, para evitar que las vibraciones del suelo perturben el experimento.

Cuando Sochnikov, Herrera, Cerbin, Davino, y Franklin hizo el experimento y miró los resultados, encontraron que el titanato de estroncio estirado se vuelve superconductor a temperaturas 40% más altas de lo normal. Eso es un gran aumento porcentualmente. Creen que es porque estirar el material facilita la oscilación de los átomos, pegando los electrones juntos con más firmeza. Ahora, están trabajando para calcular qué marcó la diferencia, y planee probarlo en otros materiales en un futuro próximo.

"Por lo general, controlamos los materiales químicamente. Aquí, lo hacemos mecánicamente. Esto nos da otra herramienta para acercar los superconductores a la vida cotidiana, y descubrir nuevas funcionalidades, "Dice Sochnikov.