Metales extraños, ahora más extraños que nunca

Foto de cupratos
Los cupratos son una clase de superconductores de alta temperatura crítica (HTS), lo que significa que pueden conducir corriente eléctrica sin pérdida de energía, a temperaturas mayores que los superconductores convencionales
11/01/2019
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Investigadores de la Universidad de los Andes y la Universidad Central, en colaboración con investigadores del Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos de los Estados Unidos y otras instituciones internacionales, descubrieron un nuevo comportamiento en los materiales denominados como "cupratos superconductores", en una fase conocida como metal extraño.

El hallazgo sugiere que en estos materiales la corriente eléctrica se transporta de forma completamente diferente a los metales convencionales, como el cobre, afianzando su seudónimo de metal extraño.

Los investigadores publicaron sus resultados la semana pasada en la revista Science.

También conocidos como óxidos de cobre, los cupratos son una clase de superconductores de alta temperatura crítica (HTS), lo que significa que pueden conducir corriente eléctrica sin pérdida de energía, a temperaturas mayores que los superconductores convencionales (superconductores de baja temperatura crítica).

Aunque la comunidad científica entiende el comportamiento de estos últimos, aún no consiguen descifrar los misterios de los HTS. De hecho, la forma en que los electrones viajan a través de estos materiales es uno de los mayores interrogantes en este campo de estudio.

Para un material en específico, el lantano-estroncio-cobre-oxígeno (LSCO), los investigadores, entre los cuales se encuentran los profesores Paula Giraldo Gallo, de la Universidad de los Andes, y Jose Augusto Galvis, de la Universidad Central, se enfocaron en el estudio de su estado “normal”, a temperaturas mayores a la temperatura superconductora. Este estado normal es conocido como metal extraño particularmente porque los electrones no conducen de forma convencional.

Los científicos han estudiado metales por más de un siglo y están de acuerdo en la forma en que los electrones viajan a través de estos. Las unidades que transportan la carga en los metales son llamadas “cuasi-partículas”, que son esencialmente electrones después de tener en cuenta su interacción con el entorno, pero que actúan casi independientes entre ellos.

¿Pero estas cuasi-partículas pueden explicar la conducción en los cupratos? Los profesores colombianos y su equipo buscaron responder esta pregunta en la sede de Los Álamos, en Nuevo México, USA, del Laboratorio Nacional de Altos Campos Magnéticos.

Para ello sometieron al material LSCO a ultra altos campos magnéticos, de hasta 80T (para comparar, el campo que logra una máquina de resonancia magnética en un hospital es de aproximadamente 3T), aplicando corriente sobre una muestra de este material y midiendo su resistencia eléctrica.

Los datos resultantes revelaron que la carga en este material, en el estado normal, no puede fluir por medio de las llamadas cuasi-partículas, como lo haría en cobre o silicio dopado. El estado normal de estos cupratos es cualquier cosa menos normal. Pero si no son cuasi-partículas, ¿entonces qué transporta la carga eléctrica?

“Nos encantaría responder a esa pregunta, creemos que se trata de algún tipo de estado colectivo de los electrones, pero son necesarios nuevos estudios tanto teóricos como experimentales para llegar a una respuesta concreta” dicen los profesores Giraldo Gallo y Galvis.

En particular el equipo de investigadores encontró que la resistencia eléctrica de este material varía de forma lineal con el campo magnético para todas las escalas de campo. Esta dependencia, completamente diferente a la esperada para un metal convencional, es además análoga a la, ya conocida, dependencia lineal de la resistencia con la temperatura para todas las escalas de temperatura.

Esta variación de la resistencia eléctrica con diferentes escalas de energía (térmica o magnética) indica una nueva propiedad de este metal extraño: la invariancia de escala- que implica total independencia de la dispersión electrónica a parámetros intrínsecos del material, lo que es imposible para las cuasi-partículas convencionales.

El descubrimiento sugiere que los electrones cooperan entre ellos mientras se mueven a través del material aun cuando no están en el estado superconductor.

“Este comportamiento en el estado normal del material podría estar directamente relacionado con el origen de la superconductividad de alta temperatura crítica, y su entendimiento requiere de un cambio total en la forma en que los hemos venido estudiado por décadas” dicen los investigadores.

Para mayor información, este es el link a la publicación de los profesores Giraldo Gallo y Galvis, y su equipo de trabajo.

 

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