Tendencias21

Descubren nuevas propiedades de la superconductividad eléctrica

Físicos de la Universidad de Waterloo (Canadá) han descubierto nuevas propiedades de la superconductividad eléctrica. En concreto, han analizado los cupratos, materiales que son capaces de superconducir a temperaturas altas (-135 grados Celsius), y una propiedad denominada ‘nematicidad electrónica’, que hace que los electrones se alineen en una dirección.

Descubren nuevas propiedades de la superconductividad eléctrica

Físicos de la Universidad de Waterloo (Canadá) han dirigido un equipo internacional que se ha acercado más a comprender el misterio de cómo se da en ciertos materiales la superconductividad, un estado exótico que permite que se conduzca la electricidad con resistencia prácticamente nula.

Los físicos de todo el mundo buscan entender los secretos de la superconductividad por las interesantes posibilidades tecnológicas que tendría conseguir que se produjera más cerca de la temperatura ambiente.

En la superconductividad convencional, los materiales que son enfriados a casi el cero absoluto (-273,15 grados Celsius) exhiben la fantástica propiedad de que los electrones se emparejan y son capaces de conducir la electricidad con resistencia prácticamente nula. Si la superconductividad funcionara a temperaturas más altas, podría aplicarse a la creación de tecnologías como las redes de energía ultra eficientes, los superordenadores y los vehículos de levitación magnética.

Los nuevos hallazgos presentan evidencia experimental directa de lo que se conoce como nematicidad electrónica -cuando las nubes de electrones se encajan en un orden alineado y direccional- en un tipo particular de superconductor a alta temperatura. Los resultados, publicados en Science, podrían llevar a una teoría que explique por qué se produce la superconductividad a temperaturas más altas en ciertos materiales.

«En este estudio, identificamos una alineación inesperada de los electrones – un hallazgo que probablemente es general para los superconductores de alta temperatura y con el tiempo puede resultar ser un ingrediente clave del problema», dice David Hawthorn, profesor del Departamento de física y la astronomía, en la información de la universidad.

Los resultados muestran evidencia de que la nematicidad electrónica es una característica universal de los superconductores de alta temperatura de cuprato. Los cupratos son cerámicas de óxido de cobre compuestas de capas bidimensionales o planos de átomos de cobre y de oxígeno separados por otros átomos. Son conocidos por ser los mejores superconductores de alta temperatura.

Origen

Los materiales que exhiben superconductividad en condiciones algo más cálidas (aún así, a -135 grados Celsius, lejos de la temperatura ambiente) se descubrieron en la década de 1980. Pero predecir cómo se inicia la superconductividad en estos superconductores de alta temperatura sigue siendo un reto, y mucho más explicarla.

«Se ha hecho evidente en los últimos años que los electrones que participan en la superconductividad pueden formar patrones, rayas o tableros de ajedrez, y exhiben diferentes simetrías, alineándose preferentemente a lo largo de una dirección», dice Hawthorn. «Estos patrones y simetrías tienen importantes consecuencias para la superconductividad: pueden competir, coexistir o incluso mejorar la superconductividad.»

Dispersión de rayos X

Los científicos utilizaron una nueva técnica llamada dispersión de rayos X suave, en el sincrotrón Canadian Light Source de Saskatoon, para investigar la dispersión de electrones en capas específicas en la estructura cristalina de cuprato. En concreto, observaron los planos individuales de cuprato (CuO2) donde se produce la nematicidad electrónica, en comparación con las distorsiones cristalinas entre los planos de CuO2.

La nematicidad electrónica sucede cuando los orbitales electrónicos se alinean en forma de serie de barras. El término nematicidad se refiere comúnmente a cuando los cristales líquidos se alinean espontáneamente bajo un campo eléctrico en pantallas de cristal líquido. En este caso, los orbitales de electrones entran en el estado nemático cuando la temperatura cae por debajo de un punto crítico.

Se puede hacer que los cupratos sean superconductores mediante la adición de elementos que eliminan los electrones del material, un proceso conocido como «dopaje.»

Un material puede ser dopado de manera óptima para conseguir la superconductividad a la temperatura más alta y más accesible, pero en el estudio de cómo ocurre la superconductividad, los físicos trabajan a menudo con material que está «infradopado», que significa que el nivel de dopaje es menor que el nivel que maximiza la temperatura de superconducción.

Los resultados de este estudio muestran que la nematicidad electrónica ocurre con probabilidad en todos los cupratos infradopados.

Otra relación

Los físicos también quieren entender la relación de la nematicidad con un fenómeno conocido como fluctuaciones de ondas de densidad de carga. Normalmente, los electrones se encuentran en una agradable distribución uniforme, pero el orden de las cargas puede causar que los electrones se amontonen, como ondas en un estanque.

Esto establece una competición, en la que el material fluctúa entre los estados superconductores y los no superconductores hasta que la temperatura se enfría lo suficiente para que gane la superconductividad.

Aunque todavía no existe consenso sobre por qué se produce la nematicidad electrónica, en última instancia puede ser otro botón que presionar en la búsqueda del objetivo final, un superconductor a temperatura ambiente.

«El trabajo futuro abordará cómo se puede ajustar la nematicidad mediante la modificación de la estructura cristalina,» dice Hawthorn. En el estudio participó también la Universidad de Toronto.

Referencia bibliográfica:

A. J. Achkar et al.: Nematicity in stripe-ordered cuprates probed via resonant x-ray scattering. Science (2016). DOI: 10.1126/science.aad1824.

RedacciónT21

Hacer un comentario

RSS Lo último de Tendencias21

  • La DANA de Valencia anticipa fenómenos más extremos que arrasarán el litoral mediterráneo 6 noviembre, 2024
    La tragedia de la DANA en Valencia es un anticipo de los eventos adversos que castigarán aún con mayor severidad el litoral mediterráneo, donde más de un millón de personas viven en zonas inundables, vulnerables a catástrofes crecientes debido a la inercia térmica del cambio climático. Formar científicos capaces de predecirlas y salvar vidas requiere […]
    Eduardo Costas | Catedrático de la UCM y Académico de Farmacia
  • El árbol que desafía al tiempo: tendría hasta 80.000 años de edad 5 noviembre, 2024
    Considerado uno de los organismos más antiguos en el planeta, Pando (Populus tremuloides) consiste en un vasto sistema de raíces con casi 50.000 tallos clonados, repartidos en un área de más de 40 hectáreas en Utah. Nuevas muestras de ADN confirman que este extenso organismo, considerado como un único árbol, tiene entre 16.000 y 80.000 […]
    Pablo Javier Piacente
  • Un extraño dispositivo convierte el dióxido de carbono en combustible 5 noviembre, 2024
    Una startup ha creado un dispositivo en forma de columna translúcida que se ilumina con orbes de plasma: el extraño artefacto logra atrapar con gran eficiencia el dióxido de carbono (CO2) presente en el aire y lo convierte en metanol, un combustible que se puede producir de forma renovable y que genera un 95 % […]
    Pablo Javier Piacente
  • Crean un reactor nuclear de sobremesa capaz de replicar la energía de las estrellas 5 noviembre, 2024
    Estados Unidos ha creado un reactor de fusión nuclear compacto utilizando piezas impresas en 3D y materiales disponibles en el mercado, tan pequeño que cabe en una mesa de cocina. Este dispositivo engañosamente simple contiene la clave para replicar la energía de las estrellas, lo que podría conducir a un futuro de energía limpia y […]
    Eduardo Martínez de la Fe
  • Descubren una ciudad fortificada oculta durante 4.000 años en un oasis del desierto árabe 4 noviembre, 2024
    El hallazgo de una antigua ciudad escondida en un oasis en la actual Arabia Saudita revela cómo la vida humana estaba cambiando lentamente en ese momento de la Edad del Bronce, de una existencia nómada a una incipiente organización urbana. Los restos de la ciudad se mantuvieron ocultos durante 4.000 años por el oasis amurallado […]
    Pablo Javier Piacente
  • Los agujeros negros están estirando el Universo 4 noviembre, 2024
    Los agujeros negros podrían estar impulsando la expansión acelerada del Universo, según sugiere un nuevo estudio: los científicos sostienen que si los agujeros negros contienen energía oscura, pueden acoplarse y crecer con el Universo en expansión, algo que al mismo tiempo provoca que el crecimiento se acelere. Aunque esta hipótesis no es nueva, los últimos […]
    Pablo Javier Piacente
  • La evolución no sería exclusiva de los seres vivos: afecta también a los minerales 4 noviembre, 2024
    Cualquier sistema está sujeto a procesos evolutivos siguiendo un supuesto principio fundamental que impulsa el aumento de la complejidad en cualquier sistemas físico, no solo en la biología. Una propuesta que ya encuentra aplicaciones en la oncología, ecología microbiana o en las ciencias de la computación.
    Redacción T21
  • Las hormigas invasoras hacen autostop para encontrar un nuevo hogar 3 noviembre, 2024
    Se sabe que los insectos son especialistas en utilizar todo tipo de formas de transporte para atravesar amplias distancias, pero un nuevo estudio ha revelado que las hormigas también dominan el autostop: estos insectos sociales recogen a toda la familia, incluida su reina, y se suben al primer vehículo que encuentran para emprender un viaje […]
    Pablo Javier Piacente
  • La electricidad podría producir oro 2 noviembre, 2024
    Un nuevo estudio sugiere que la formación de pepitas de oro podría ser impulsada por un fenómeno eléctrico único: la piezoelectricidad es un proceso que resulta de la polarización eléctrica que ocurre dentro de sustancias, incluidos cristales como el cuarzo, cuando se colocan bajo tensión mecánica. Esto explicaría la formación de enormes pepitas de oro […]
    Pablo Javier Piacente
  • La vida extraterrestre podría prosperar sin necesidad de un planeta que la cobije 1 noviembre, 2024
    Los investigadores sostienen que las condiciones de soporte vital creadas únicamente por estructuras biológicas podrían de hecho existir, haciendo completamente posible que algunas formas de vida prosperen en hábitats espaciales muy diferentes a los existentes en la Tierra. Incluso, podrían existir civilizaciones extraterrestres en hábitats autosustentables vagando en el espacio, sin necesidad de contar con […]
    Pablo Javier Piacente