Hoy, un equipo internacional de investigadores dirigido por Séamus Davis, profesor de física en la Universidad de Oxford y el University College Cork, ha anunciado resultados que revelan el mecanismo atómico detrás de los superconductores de alta temperatura. Los hallazgos se publican en PNAS .

Los superconductores son materiales que pueden conducir electricidad con resistencia cero, por lo que una corriente eléctrica puede persistir indefinidamente. Estos ya se utilizan en varias aplicaciones, incluidos los escáneres de resonancia magnética y los trenes de levitación magnética de alta velocidad; sin embargo, la superconductividad generalmente requiere temperaturas extremadamente bajas, lo que limita su uso generalizado. Un objetivo importante dentro de la investigación física es desarrollar superconductores que funcionen a temperatura ambiente, lo que podría revolucionar el transporte y el almacenamiento de energía.

Ciertos materiales de óxido de cobre demuestran superconductividad a temperaturas más altas que los superconductores convencionales, sin embargo, el mecanismo detrás de esto sigue siendo desconocido desde su descubrimiento en 1987.

Para investigar esto, un equipo internacional que involucró a científicos en Oxford, Cork en Irlanda, EE. UU., Japón y Alemania, desarrolló dos nuevas técnicas de microscopía. El primero de ellos midió la diferencia de energía entre los orbitales de los átomos de cobre y oxígeno, en función de su ubicación. El segundo método midió la amplitud de la función de onda del par de electrones (la fuerza de la superconductividad) en cada átomo de oxígeno y en cada átomo de cobre.

"Al visualizar la fuerza de la superconductividad en función de las diferencias entre las energías orbitales, por primera vez pudimos medir con precisión la relación requerida para validar o invalidar una de las principales teorías de la superconductividad a alta temperatura, a escala atómica. ", dijo el profesor Davis.

Como predijo la teoría, los resultados mostraron una relación inversa cuantitativa entre la diferencia de energía de transferencia de carga entre los átomos de oxígeno y cobre adyacentes y la fuerza de la superconductividad.

Según el equipo de investigación, este descubrimiento podría ser un paso histórico hacia el desarrollo de superconductores a temperatura ambiente. En última instancia, estos podrían tener aplicaciones de gran alcance que van desde trenes de levitación magnética, reactores de fusión nuclear, computadoras cuánticas y aceleradores de partículas de alta energía, sin mencionar la transferencia y el almacenamiento de energía supereficientes.

En los materiales superconductores, la resistencia eléctrica se minimiza porque los electrones que transportan la corriente están unidos en "pares de Cooper" estables. En los superconductores de baja temperatura, los pares de Cooper se mantienen unidos por vibraciones térmicas, pero a temperaturas más altas se vuelven demasiado inestables. Estos nuevos resultados demuestran que, en los superconductores de alta temperatura, los pares de Cooper se mantienen unidos por interacciones magnéticas, con los pares de electrones uniéndose a través de una comunicación mecánica cuántica a través del átomo de oxígeno que interviene.

El profesor Davis agregó que "este ha sido uno de los santos griales de los problemas en la investigación física durante casi 40 años. Mucha gente cree que los superconductores a temperatura ambiente, baratos y fácilmente disponibles, serían tan revolucionarios para la civilización humana como la introducción de la electricidad misma". " + Explora más

Una ventana a escala atómica hacia la superconductividad allana el camino para nuevos materiales cuánticos