La búsqueda de un superconductor que pueda funcionar en condiciones menos extremas que cientos de grados bajo cero o en presiones como las cercanas al centro de la Tierra es la búsqueda de una nueva potencia revolucionaria, una que se necesita para los automóviles que levitan magnéticamente y la energía ultraeficiente. rejillas del futuro.

Pero desarrollar este tipo de superconductor a "temperatura ambiente" es una hazaña que la ciencia aún no ha logrado.

Un investigador de la Universidad de Florida Central, sin embargo, está trabajando para acercar este objetivo a su realización, con algunas de sus últimas investigaciones publicadas recientemente en la revista Física de las comunicaciones .

En el estudio, Yasuyuki Nakajima, profesor asistente en el Departamento de Física de la UCF, y los coautores demostraron que podían ver más de cerca lo que está sucediendo en metales "extraños".

Estos metales "extraños" son materiales especiales que muestran un comportamiento inusual de temperatura en la resistencia eléctrica. El comportamiento metálico "extraño" se encuentra en muchos superconductores de alta temperatura cuando no están en un estado superconductor. lo que los hace útiles para los científicos que estudian cómo ciertos metales se convierten en superconductores de alta temperatura.

Este trabajo es importante porque la comprensión del comportamiento cuántico de los electrones en la fase metálica "extraña" podría permitir a los investigadores comprender un mecanismo de superconductividad a temperaturas más altas.

"Si conocemos la teoría para describir estos comportamientos, podemos diseñar superconductores de alta temperatura, "Dice Nakajima.

Los superconductores reciben su nombre porque son los principales conductores de electricidad. A diferencia de un director, tienen resistencia cero, cuales, como una fricción electrónica "hace que la electricidad pierda potencia a medida que fluye a través de un conductor como el alambre de cobre o de oro.

Esto convierte a los superconductores en un material de ensueño para suministrar energía a las ciudades, ya que la energía ahorrada mediante el uso de cables sin resistencia sería enorme.

Los superconductores potentes también pueden levitar imanes pesados, allanando el camino para autos prácticos y asequibles que levitan magnéticamente, trenes y más.

Para convertir un conductor en un superconductor, el material metálico debe enfriarse a una temperatura extremadamente baja para perder toda la resistencia eléctrica, un proceso abrupto que la física aún tiene que desarrollar una teoría completamente comprensiva para explicar.

Estas temperaturas críticas a las que se realiza el cambio a menudo están en el rango de -220 a -480 grados Fahrenheit y generalmente involucran un sistema de enfriamiento costoso y engorroso que usa nitrógeno líquido o helio.

Algunos investigadores han logrado superconductores que funcionan a unos 59 grados Fahrenheit, pero también estaba a una presión de más de 2 millones de veces la de la superficie de la Tierra.

En el estudio, Nakajima y los investigadores pudieron medir y caracterizar el comportamiento de los electrones en un estado metálico "extraño" de material no superconductor, una aleación de pnictida de hierro, cerca de un punto crítico cuántico en el que los electrones pasan de ser predecibles, comportamiento individual para moverse colectivamente en fluctuaciones de la mecánica cuántica que son un desafío para los científicos describir teóricamente.

Los investigadores pudieron medir y describir el comportamiento de los electrones utilizando una mezcla de metales única en la que el níquel y el cobalto fueron sustituidos por hierro en un proceso llamado dopaje. creando así una aleación de pnictida de hierro que no superconducía hasta -459,63 grados Fahrenheit, muy por debajo del punto en el que un conductor normalmente se convertiría en superconductor.

"Usamos una aleación, un compuesto relativo de superconductor a base de hierro de alta temperatura, en el que la proporción de los constituyentes, planchar, cobalto y níquel en este caso, está ajustado para que no haya superconductividad incluso cerca del cero absoluto, "Esto nos permite acceder al punto crítico en el que las fluctuaciones cuánticas gobiernan el comportamiento de los electrones y estudiar cómo se comportan en el compuesto", dice Nakajima.

Descubrieron que el comportamiento de los electrones no estaba descrito por ninguna predicción teórica conocida, pero que la velocidad de dispersión a la que se transportaron los electrones a través del material puede asociarse con lo que se conoce como disipación de Planck, el límite de velocidad cuántica sobre la rapidez con que la materia puede transportar energía.

"El comportamiento crítico cuántico que observamos es bastante inusual y difiere completamente de las teorías y experimentos para materiales críticos cuánticos conocidos, "Dice Nakajima." El siguiente paso es trazar el diagrama de la fase de dopaje en este sistema de aleación de pnictida de hierro ".

"El objetivo final es diseñar superconductores de alta temperatura, ", dice." Si podemos hacer eso, podemos usarlos para escaneos de imágenes por resonancia magnética, levitación magnética, redes eléctricas, y más, con bajos costos ".

Desbloquear formas de predecir el comportamiento de resistencia de metales "extraños" no solo mejoraría el desarrollo de superconductores, sino que también informaría las teorías detrás de otros fenómenos de nivel cuántico. Dice Nakajima.

"Los desarrollos teóricos recientes muestran conexiones sorprendentes entre los agujeros negros, la gravedad y la teoría de la información cuántica a través de la disipación de Planck, ", dice." Por lo tanto, la investigación del comportamiento metálico 'extraño' también se ha convertido en un tema candente en este contexto ".