Nuestra comprensión teórica de la forma en que los metales conducen la electricidad es incompleta. La taxonomía actual parece demasiado borrosa y contiene demasiadas excepciones para ser convincente. Esta es la conclusión a la que llegaron los científicos de materiales de la Universidad de Groningen después de examinar minuciosamente la literatura reciente sobre metales. Analizaron más de 30 metales y muestran que una fórmula simple puede proporcionar una clasificación de metales de una manera más sistemática. Su análisis fue publicado en Physical Review B el 29 de agosto.

Los metales conducen la electricidad, pero no todos de la misma manera. Los científicos diferencian varias clases de metales con nombres como "correlacionados", "normales", "extraños" o "ad". Los metales de estas clases difieren, por ejemplo, en la forma en que su resistividad responde al aumento de temperatura. “Estábamos interesados ​​en metales que pudieran cambiar de conductor a aislante y viceversa”, explica Beatriz Noheda, profesora de Nanomateriales Funcionales en la Universidad de Groningen. Es directora científica del centro de investigación CogniGron, que desarrolla paradigmas de sistemas centrados en materiales para la computación cognitiva. "Para este propósito, nos gustaría fabricar materiales que no solo puedan ser aislantes o conductores, sino que también puedan cambiar entre esos estados".

Algo inesperado

Al estudiar la literatura sobre la resistividad de los metales, ella y sus colegas encontraron que la demarcación entre las diferentes clases de metales no estaba bien definida. "Entonces, decidimos echar un vistazo a una gran muestra de metales". Qikai Guo, ex investigador postdoctoral en el equipo de Noheda y ahora en la Escuela de Microelectrónica de la Universidad de Shandong, China, y sus colegas de la Universidad de Zaragoza (España) y el CNRS (Francia) utilizaron el cambio en la resistividad a temperaturas crecientes como una herramienta para comparar más de 30 metales, en parte con base en datos de la literatura y en parte con base en sus propias mediciones.

"La teoría establece que la respuesta de resistividad está dictada por la dispersión de electrones y que existen diferentes mecanismos de dispersión a diferentes temperaturas", explica Noheda. Por ejemplo, a temperaturas muy bajas, se encuentra un aumento cuadrático, que se dice que es el resultado de la dispersión de electrones. Sin embargo, algunos materiales (metales "extraños") muestran un comportamiento lineal estricto que aún no se comprende. Se pensaba que la dispersión de electrones y fonones tenía lugar a temperaturas más altas y esto da como resultado un aumento lineal. Sin embargo, la dispersión no puede aumentar indefinidamente, lo que significa que la saturación debe ocurrir a cierta temperatura. "Sin embargo, algunos metales no muestran saturación dentro del rango de temperatura medible y se los denominó metales 'malos'", dice Noheda.

Al analizar las respuestas de los diferentes tipos de metales al aumento de las temperaturas, Noheda y sus colegas se encontraron con algo inesperado:"Podíamos ajustar todos los conjuntos de datos con el mismo tipo de fórmula". Esto resultó ser una expansión de Taylor, en la que la resistividad r se describe como r =r₀ + A₁ T + A₂ T ² + A₃ T ³ ..., donde T es la temperatura, mientras que r₀ y los diversos valores de A son constantes diferentes. "Descubrimos que usar solo un término lineal y cuadrático es suficiente para producir un ajuste muy bueno para todos los metales", explica Noheda.

Más transparente

En el artículo se muestra que el comportamiento en diferentes tipos de metales está determinado por la importancia relativa de A₁ y A₂ y por la magnitud de r₀ . Noheda dice:"Nuestra fórmula es una descripción puramente matemática, sin suposiciones físicas, y depende de solo dos parámetros". Esto significa que los regímenes lineal y cuadrático no describen diferentes mecanismos, como la dispersión electrón-fonón y electrón-electrón, solo representan el lineal (a través de la disipación incoherente, donde la fase de la onda del electrón cambia por la dispersión) y no. -Contribuciones coherentes lineales (donde la fase no cambia) a la dispersión.

De esta manera, una fórmula puede describir la resistividad de todos los metales, ya sean normales, correlacionados, malos, extraños o de otro tipo. La ventaja es que ahora todos los metales se pueden clasificar de una manera sencilla que es más transparente para los no expertos. Pero esta descripción también trae otra recompensa:muestra que el término de disipación lineal a bajas temperaturas (llamado disipación planckiana) aparece en todos los metales. Esta universalidad es algo que otros ya habían insinuado, pero esta fórmula muestra claramente que este es, de hecho, el caso.

Noheda y sus colegas no son especialistas en metales. "Venimos de fuera del campo, lo que significa que teníamos una nueva mirada a los datos. Lo que salió mal, en nuestra opinión, es que las personas buscaron significado y vincularon mecanismos a los términos lineales y cuadráticos. Quizás, algunas de las conclusiones extraídos de esta manera necesitan ser revisados. Es bien sabido que la teoría en este campo es incompleta". Noheda y sus colegas esperan que los físicos teóricos encuentren ahora una manera de reinterpretar algunos de los resultados anteriores gracias a la fórmula que encontraron. "Pero mientras tanto, nuestra descripción puramente fenomenológica nos permite comparar metales de diferentes clases". + Explora más

Interacciones exóticas electrón-electrón encontradas innecesarias para la conducción en niquelatos