Los investigadores han explicado cómo se relacionan las propiedades electrónicas y las vibraciones atómicas del uranio.

El uranio es un elemento radiactivo natural, cuyo núcleo se descompone en otros elementos. Emite lo que los científicos llaman la "partícula alfa, "el núcleo de un átomo de helio. Los científicos han diseñado con éxito métodos para utilizar su radiactividad para crear energía nuclear, que tiene el potencial de resolver las demandas energéticas del mundo. Sin embargo, las propiedades electrónicas y térmicas del uranio no se conocen muy bien. Un ejemplo de propiedades electrónicas incluye comprender cómo se comporta el elemento como un superconductor a temperaturas cercanas al cero absoluto, o -273 ̊C.

Los investigadores suelen utilizar una técnica llamada "transformada de Fourier, "nombrado en honor a su inventor Joseph Fourier, para simplificar el estudio de las propiedades de los sistemas. Por ejemplo, mientras rastrea cómo cambia una cantidad física con el tiempo, lo estudian en frecuencia, que se llama el "espacio de Fourier" del tiempo. Similar, la transformada de Fourier de cualquier cantidad física existente en el espacio es cómo varía con el impulso, el espacio de Fourier de longitud. Cuando los científicos analizan las implicaciones de la mecánica cuántica en la transformada de Fourier de las vibraciones atómicas de algunos sólidos, surge una anomalía conocida como la "anomalía de Kohn". Es una aberración o problema en la descripción matemática del sólido en el espacio de Fourier. La variación de la energía en el "espacio de momento" afecta cómo se comportan los sólidos cuando sus átomos realizan pequeñas vibraciones alrededor de sus posiciones promedio.

Los "fonones" son los cuantos de los modos vibracionales de los sólidos, que interactúan con los electrones del sólido. Las interacciones fuertes entre fonones y electrones conducen a la anomalía de Kohn. Un estudio realizado por investigadores del Instituto Indio de Tecnología de Bombay (IIT Bombay) y el Centro de Investigación Atómica de Bhabha (BARC), Mumbai, ha explicado por qué el uranio presenta múltiples anomalías de Kohn. Su estudio, financiado por el Centro de Consultoría e Investigación Industrial de IIT Bombay, el Departamento de Energía Atómica, y el Ministerio de Desarrollo de Recursos Humanos (ahora Ministerio de Educación), Gobierno de India, fue publicado en la revista Cartas de revisión física .

Los investigadores volvieron a analizar los datos de los experimentos de dispersión de neutrones inelásticos en el uranio llevados a cabo en 1979. Estos experimentos sondearon las vibraciones atómicas del uranio en el espacio de Fourier. que pretendían utilizar para comprender su disipación de calor en un entorno nuclear extremo. Sin embargo, en el nuevo análisis, descubrieron anomalías de Kohn en múltiples vibraciones atómicas. Teóricamente se propuso que estas anomalías existieran en sistemas unidimensionales, pero su observación en materiales tridimensionales fue rara.

Para comprender esta peculiar observación, Los investigadores llevaron a cabo extensas simulaciones por computadora utilizando las leyes de la mecánica cuántica para estudiar cómo interactúan los electrones y fonones en el material. y qué efecto tiene la interacción sobre los datos en el espacio de Fourier. "Las simulaciones fueron computacionalmente intensivas, y tuvimos que usar instalaciones de supercomputación ubicadas en IIT Bombay y BARC, en el que las simulaciones se realizaron durante diez días cada una, "dice Aditya Prasad Roy de IIT Bombay, primer autor del estudio.

"La anomalía es la manifestación más fuerte de la interacción electrón-fonón, "explica el profesor Dipanshu Bansal de IIT Bombay, uno de los autores del estudio. Los superconductores también exhiben interacciones tan fuertes entre electrones y fonones. La explicación de la anomalía de Kohn en el uranio es un paso hacia la comprensión de su comportamiento superconductor a temperaturas cercanas al cero absoluto. "Nuestro trabajo resuelve el misterio de cinco décadas de este importante material nuclear, "dice el profesor Bansal. Actualmente, los investigadores están investigando la misma anomalía en otros materiales nucleares a base de uranio y torio.