Una nueva teoría que podría explicar cómo surge la superconductividad no convencional en un conjunto diverso de compuestos nunca podría haber sucedido si los físicos Qimiao Si y Emilian Nica hubieran elegido un nombre diferente para su modelo de 2017 de superconductividad selectiva orbital.

En un estudio publicado este mes en Materiales cuánticos npj , Si de Rice University y Nica de Arizona State University argumentan que la superconductividad no convencional en algunos materiales a base de hierro y fermiones pesados ​​surge de un fenómeno general llamado "emparejamiento de singlete multiorbital".

En superconductores, los electrones forman pares y fluyen sin resistencia. Los físicos no pueden explicar completamente cómo se forman los pares en superconductores no convencionales, donde las fuerzas cuánticas dan lugar a comportamientos extraños. Fermiones pesados, otro material cuántico, presentan electrones que parecen ser miles de veces más masivos que los electrones ordinarios.

Si y Nica propusieron la idea del emparejamiento selectivo dentro de los orbitales atómicos en 2017 para explicar la superconductividad no convencional en los seleniuros de hierro alcalino. El año siguiente, aplicaron el modelo selectivo de orbitales al material de fermiones pesados ​​en el que se demostró por primera vez la superconductividad no convencional en 1979.

Consideraron nombrar el modelo después de una expresión matemática relacionada que hizo famosa el pionero cuántico Wolfgang Pauli, pero opté por llamarlo d + d. El nombre se refiere a funciones de onda matemáticas que describen estados cuánticos.

"Es como si tuvieras un par de electrones que bailan entre sí, "dijo Si, Profesor de Física y Astronomía Harry C. y Olga K. Wiess de Rice. "Puedes caracterizar ese baile por s- wave, canales de onda p y onda d, y d + d se refiere a dos tipos diferentes de ondas d que se fusionan en una ".

En el año siguiente a la publicación del modelo d + d, Si dio muchas conferencias sobre el trabajo y descubrió que los miembros de la audiencia con frecuencia confundían el nombre con "d + id, "el nombre de otro estado de emparejamiento que los físicos han discutido durante más de un cuarto de siglo.

"La gente se me acercaba después de una conferencia y me decía:'Tu teoría de d + id es realmente interesante, 'y lo decían como un cumplido, pero sucedió tan a menudo que se volvió molesto, "dijo Si, quien también dirige el Rice Center for Quantum Materials (RCQM).

A mediados de 2019, Si y Nica se conocieron durante el almuerzo mientras visitaban el Laboratorio Nacional de Los Alamos, y comenzó a compartir historias sobre la confusión d + d versus d + id.

"Eso llevó a una discusión sobre si d + d podría estar conectado con d + id de una manera significativa, y nos dimos cuenta de que no era una broma, "Dijo Nica.

La conexión involucró estados de emparejamiento de d + d y los que se hicieron famosos por el descubrimiento ganador del Premio Nobel de la superfluidez de helio-3.

"Hay dos tipos de estados de emparejamiento de superfluidos de helio-3 líquido, uno llamado fase B y el otro fase A, "Nica dijo." Empíricamente, la fase B es similar a nuestra d + d, mientras que la fase A es casi como una d + id ".

La analogía se volvió más intrigante cuando hablaron de matemáticas. Los físicos usan cálculos matriciales para describir estados de emparejamiento cuántico en helio-3, y ese es también el caso del modelo d + d.

"Hay varias formas diferentes de organizar esa matriz, y nos dimos cuenta de que nuestra matriz d + d para el espacio orbital era como una forma diferente de la matriz d + id que describe el emparejamiento de helio-3 en el espacio de espín, "Dijo Nica.

Si dijo que las asociaciones con estados de emparejamiento de helio-3 superfluidos han ayudado a él y a Nica a avanzar en una descripción más completa de los estados de emparejamiento en superconductores de hierro y fermiones pesados.

"Mientras Emil y yo hablábamos más, nos dimos cuenta de que la tabla periódica para el emparejamiento superconductor estaba incompleta, "Si dijo, refiriéndose al gráfico que utilizan los físicos para organizar los estados de emparejamiento superconductores.

"Usamos simetrías, como arreglos de celosía o espira, o si el tiempo de avance o retroceso es equivalente, que es la simetría de inversión del tiempo, para organizar posibles estados de emparejamiento, ", dijo." Nuestra revelación fue que d + id se puede encontrar en la lista existente. Puedes usar la tabla periódica para construirla. Pero d + d, no se puede. Está más allá de la tabla periódica porque la tabla no incluye orbitales ".

Si dichos orbitales son importantes para describir el comportamiento de materiales como superconductores a base de hierro y fermiones pesados, donde "las correlaciones electrón-electrón muy fuertes juegan un papel crucial".

"Basado en nuestro trabajo, la tabla debe ampliarse para incluir índices orbitales, "Si dijo.