Un descubrimiento sorprendente en TU Wien podría ayudar a resolver el enigma de la superconductividad de alta temperatura:un famoso "metal extraño" resultó ser un superconductor.

A bajas temperaturas, ciertos materiales pierden su resistencia eléctrica y conducen la electricidad sin ninguna pérdida; este fenómeno de superconductividad se conoce desde 1911, pero todavía no se comprende del todo. Y eso es una pena porque encontrar un material que aún tuviera propiedades superconductoras incluso a altas temperaturas probablemente desencadenaría una revolución tecnológica.

Un descubrimiento realizado en TU Wien (Viena) podría ser un paso importante en esta dirección:un equipo de físicos del estado sólido estudió un material inusual:un llamado "metal extraño" hecho de iterbio, rodio y silicio. Los metales extraños muestran una relación inusual entre la resistencia eléctrica y la temperatura. En el caso de este material, esta correlación se puede ver en un rango de temperatura particularmente amplio, y se conoce el mecanismo subyacente. Contrariamente a los supuestos anteriores, ahora resulta que este material también es un superconductor y que la superconductividad está estrechamente relacionada con el comportamiento extraño del metal. Esta también podría ser la clave para comprender la superconductividad de alta temperatura en otras clases de materiales.

Metal extraño:relación lineal entre resistencia y temperatura

En metales ordinarios, La resistencia eléctrica a bajas temperaturas aumenta con el cuadrado de la temperatura. En algunos superconductores de alta temperatura, sin embargo, la situación es completamente diferente:a bajas temperaturas, por debajo de la llamada temperatura de transición superconductora, no muestran resistencia eléctrica en absoluto, y por encima de esta temperatura, la resistencia aumenta linealmente en lugar de cuadráticamente con la temperatura. Esto es lo que define a los "metales extraños".

Por tanto, ya se sospechaba en los últimos años que esta relación lineal entre resistencia y temperatura es de gran importancia para la superconductividad, "dice la profesora Silke Bühler-Paschen, quien dirige el área de investigación "Materiales cuánticos" en el Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien. "Pero desafortunadamente, hasta ahora no conocíamos un material adecuado para estudiar esto en profundidad ". En el caso de los superconductores de alta temperatura, la relación lineal entre temperatura y resistencia generalmente solo es detectable en un rango de temperatura relativamente pequeño, y, es más, varios efectos que inevitablemente ocurren a temperaturas más altas pueden influir en esta relación de formas complicadas.

Ya se han llevado a cabo muchos experimentos con un material exótico (YbRh2Si2) que muestra un comportamiento extraño del metal en un rango de temperatura extremadamente amplio, pero, asombrosamente, ninguna superconductividad parecía emerger de este estado extremo de "metal extraño". "Ya se han presentado consideraciones teóricas para justificar por qué la superconductividad simplemente no es posible aquí, "dice Silke Bühler-Paschen." Sin embargo, decidimos echar otro vistazo a este material ".

Temperaturas récord

En TU Wien, se dispone de un laboratorio de baja temperatura especialmente potente. "Allí podemos estudiar materiales en condiciones más extremas de lo que otros grupos de investigación han podido hacer hasta ahora, "explica Silke Bühler-Paschen. Primero, el equipo pudo demostrar que en YbRh2Si2 la relación lineal entre la resistencia y la temperatura existe en un rango de temperatura aún mayor de lo que se pensaba anteriormente, y luego hicieron el descubrimiento clave:a temperaturas extremadamente bajas de solo un milikelvin, el extraño metal se convierte en superconductor.

"Esto hace que nuestro material sea ideal para descubrir de qué manera el extraño comportamiento del metal conduce a la superconductividad, "dice Silke Bühler-Paschen.

Paradójicamente, el mero hecho de que el material solo se convierta en superconductor a temperaturas muy bajas asegura que se puede utilizar para estudiar la superconductividad a alta temperatura particularmente bien:"Los mecanismos que conducen a la superconductividad son visibles particularmente bien a estas temperaturas extremadamente bajas porque no están superpuestos por otros efectos en este régimen. En nuestro material, esta es la localización de algunos de los electrones de conducción en un punto crítico cuántico. Hay indicios de que un mecanismo similar también puede ser responsable del comportamiento de superconductores de alta temperatura como los famosos cupratos, "dice Silke Bühler-Paschen.