Un equipo de investigadores estadounidenses y chinos ha descubierto un extra\u00f1o comportamiento met\u00e1lico en un material en el que la carga el\u00e9ctrica no es transportada por electrones, sino por entidades de tipo ondulatorio llamadas pares de Cooper.<\/p>\n
Los \u00abmetales extra\u00f1os\u00bb son una clase de materiales relacionados con los superconductores de alta temperatura y que comparten atributos cu\u00e1nticos fundamentales con los agujeros negros. Estos materiales no parecen seguir las reglas el\u00e9ctricas tradicionales y, por ello, han llamado la atenci\u00f3n de los cient\u00edficos en los \u00faltimos a\u00f1os, ya que podr\u00edan aportar conocimientos fundamentales sobre el mundo cu\u00e1ntico y, potencialmente, ayudar a entender fen\u00f3menos extra\u00f1os como la superconductividad de alta temperatura.<\/p>\n
El reciente descubrimiento relacionado con los metales extra\u00f1os se ha publicado en la revista Nature.<\/p>\n
En el art\u00edculo, los investigadores explican que mientras los electrones pertenecen a una clase de part\u00edculas llamadas fermiones, los pares de Cooper act\u00faan como bosones, que siguen reglas muy diferentes a las de los fermiones.<\/p>\n
\u00abTenemos estos dos tipos fundamentalmente diferentes de part\u00edculas cuyos comportamientos convergen en torno a un misterio\u00bb, dijo Jim Valles, autor correspondiente del estudio. \u00abLo que esto dice es que cualquier teor\u00eda para explicar el extra\u00f1o comportamiento de los metales no puede ser espec\u00edfica para ninguno de los dos tipos de part\u00edculas. Tiene que ser m\u00e1s fundamental que eso\u00bb.<\/p>\n
Comportamiento extra\u00f1o de los metales<\/p>\n
Valles explic\u00f3 que el comportamiento extra\u00f1o de los metales se descubri\u00f3 por primera vez hace 30 a\u00f1os en una clase de materiales llamados cupratos. Estos materiales de \u00f3xido de cobre son famosos por ser superconductores de alta temperatura, lo que significa que conducen la electricidad con resistencia cero a temperaturas muy superiores a las de los superconductores normales. Pero incluso a temperaturas superiores a la temperatura cr\u00edtica de la superconductividad, los cupratos act\u00faan de forma extra\u00f1a en comparaci\u00f3n con otros metales.<\/p>\n
A medida que aumenta su temperatura, la resistencia de los cupratos aumenta de forma estrictamente lineal. En los metales normales, la resistencia s\u00f3lo aumenta hasta cierto punto, volvi\u00e9ndose constante a altas temperaturas, de acuerdo con lo que se conoce como teor\u00eda del l\u00edquido de Fermi. La resistencia surge cuando los electrones que fluyen en un metal chocan con la estructura at\u00f3mica vibrante del metal, lo que hace que se dispersen. La teor\u00eda del l\u00edquido de Fermi establece una velocidad m\u00e1xima a la que puede producirse la dispersi\u00f3n de los electrones.<\/p>\n
Pero los metales extra\u00f1os no siguen las reglas del l\u00edquido de Fermi, y nadie est\u00e1 seguro de c\u00f3mo funcionan. Lo que s\u00ed saben los cient\u00edficos es que la relaci\u00f3n temperatura-resistencia en los metales extra\u00f1os parece estar relacionada con dos constantes fundamentales de la naturaleza: La constante de Boltzmann, que representa la energ\u00eda producida por el movimiento t\u00e9rmico aleatorio, y la constante de Planck, que se relaciona con la energ\u00eda de un fot\u00f3n.<\/p>\n
\u00abPara tratar de entender lo que ocurre en estos extra\u00f1os metales, se han aplicado enfoques matem\u00e1ticos similares a los utilizados para entender los agujeros negros\u00bb, explica Valles. \u00abAs\u00ed que hay una f\u00edsica muy fundamental que ocurre en estos materiales\u00bb.<\/p>\n
En los \u00faltimos a\u00f1os, Valles y sus colegas han estudiado la actividad el\u00e9ctrica en la que los portadores de carga no son electrones. En 1952, el premio Nobel Leon Cooper descubri\u00f3 que en los superconductores normales (no los de alta temperatura descubiertos posteriormente), los electrones se unen para formar pares de Cooper, que pueden deslizarse por una red at\u00f3mica sin resistencia. A pesar de estar formados por dos electrones, que son fermiones, los pares de Cooper pueden actuar como bosones.<\/p>\n
\u00abLos sistemas de fermiones y bosones suelen comportarse de forma muy diferente\u00bb, afirma Valles. \u00abA diferencia de los fermiones individuales, los bosones pueden compartir el mismo estado cu\u00e1ntico, lo que significa que pueden moverse colectivamente como las mol\u00e9culas de agua en las ondas de una ola\u00bb.<\/p>\n
Descubrimientos sorprendentes<\/p>\n
En 2019, Valles y sus colegas demostraron que los bosones de pares de Cooper pueden producir un comportamiento met\u00e1lico, lo que significa que pueden conducir la electricidad con cierta resistencia. Eso en s\u00ed mismo fue un hallazgo sorprendente porque los elementos de la teor\u00eda cu\u00e1ntica suger\u00edan que el fen\u00f3meno no deber\u00eda ser posible. Para esta \u00faltima investigaci\u00f3n, el equipo quer\u00eda comprobar si los metales bos\u00f3nicos de pares de Cooper eran tambi\u00e9n metales extra\u00f1os.<\/p>\n
Para ello, utilizaron un material de cuprato llamado \u00f3xido de itrio y bario y cobre, provisto de peque\u00f1os agujeros que inducen el estado met\u00e1lico de par de Cooper. El equipo enfri\u00f3 el material hasta justo por encima de su temperatura de superconducci\u00f3n para observar los cambios en su conductancia. Encontraron, al igual que los metales extra\u00f1os fermi\u00f3nicos, una conductancia met\u00e1lica de par de Cooper que es lineal con la temperatura.<\/p>\n
Los investigadores afirman que este descubrimiento dar\u00e1 a los te\u00f3ricos algo nuevo que masticar cuando traten de entender el comportamiento de los metales extra\u00f1os.<\/p>\n
\u00abHa sido un reto para los te\u00f3ricos encontrar una explicaci\u00f3n para lo que vemos en los metales extra\u00f1os\u00bb, dijo Valles. \u00abNuestro trabajo demuestra que si se va a modelar el transporte de cargas en los metales extra\u00f1os, ese modelo debe aplicarse tanto a los fermiones como a los bosones, aunque estos tipos de part\u00edculas sigan reglas fundamentalmente diferentes\u00bb.<\/p>\n
En opini\u00f3n de Valles, el comportamiento de los metales extra\u00f1os podr\u00eda ser la clave para entender la superconductividad de alta temperatura, que tiene un enorme potencial para cosas como las redes el\u00e9ctricas sin p\u00e9rdidas y los ordenadores cu\u00e1nticos.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"
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