Los ‘pares de pares’ de Cooper: una nueva forma de superconductividad

La superconductividad es ciertamente un fenómeno que nunca deja de sorprender. En el corazón de muchas de las investigaciones del mundo, algunas de las cuales han ganado premios Nobel, determina la capacidad de ciertos metales o aleaciones para perder toda la resistencia eléctrica cuando alcanzan una temperatura crítica, a menudo cercana al cero absoluto (-273, 15 ° C ).

Bajo la influencia del frío extremo, los átomos de estas sustancias se alinean mientras los propios electrones se juntan en pares, formando los llamados «pares de Cooper» (el efecto cuántico se conoce como acoplamiento de Cooper). Los electrones se forman en grupos de dos y luego toman la forma de una «onda colectiva», o más bien una única onda cuántica que ocupa toda la materia. Desde entonces, ya no choca con la red atómica, por lo que puede transferir su carga sin perder energía: no hay resistencia que se oponga a la propagación de la corriente.

Grupos de cuatro inéditos

Si este asombroso comportamiento de la materia se observó en 1911 y se vio en la década de 1950, todavía parecía haber sorpresas esperando a quienes lo estudiaran. Físicos de las universidades de Dresde y Würzburg, Alemania, han descubierto que, para cierto tipo de superconductor, pueden existir «pares» de Cooper. En otras palabras, los grupos de dos electrones están unidos entre sí, formando grupos de cuatro electrones. Según los investigadores, esta disposición sin precedentes podría ser el origen de un nuevo tipo de superconductividad y, por tanto, de un nuevo estado de la materia. Su experiencia es un artículo publicado el 18 de noviembre de 2021 en la revista Física de la naturaleza.

«Cuando descubrimos que cuatro electrones en lugar de dos formaban repentinamente un enlace, al principio pensamos que era un error de medición. Pero cuantos más métodos utilizáramos para confirmar el resultado, más claro tenía que ser. Un nuevo fenómeno»., llegó en declaración Hans Henning Claus, profesor de la Universidad Técnica de Dresde y autor principal del estudio.

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Prometedores «pnictides»

La formación de «pares de Cooper», como solemos llamarlos, se predijo teóricamente hace unos diez años. Pero hasta ahora, no se ha proporcionado ninguna evidencia empírica al respecto. Investigadores de las universidades de Dresde y Würzburg dicen que pasaron dos años confirmando su descubrimiento, utilizando no menos de siete métodos diferentes.

El experimento se realizó sobre un metal superconductor a base de bario, potasio, hierro y arsénico, y pertenece a una familia de sustancias conocidas como «pnictidas» de hierro. Descubiertos por el japonés Yoichi Kamihara en 2008, los pnictides todavía son superconductores a 26 K (-247 ° C), que es una temperatura relativamente alta. Es la segunda familia de materiales superconductores de alta temperatura, después de los compuestos de óxido de cobre descubiertos en 1986.

La búsqueda de superconductividad a temperatura ambiente

El descubrimiento de Yuichi Kamihara provocó un auge mundial en la investigación de la ciencia de los materiales al año siguiente, y el sector energético puso grandes esperanzas en el fenómeno de la superconductividad cuántica. Y por una buena razón: hasta el 15% de la energía producida todavía se pierde durante el transporte, debido a la resistencia. Por eso la receta de un material superconductor que no requiera temperaturas extremadamente bajas se ha convertido así en uno de los pilares de la física actual.

«Si la electricidad pudiera transportarse por todo el país utilizando metales superconductores a temperatura ambiente, docenas de grandes centrales eléctricas se volverían inmediatamente redundantes»., explica Hans Henning Claus. «Podemos suponer que nuestros resultados conducirán a una nueva línea de investigación, específicamente dedicada a identificar otros metales en los que se fusionan cuatro electrones».El investigador continúa. “Quedará claro a qué nos lleva esto en los próximos años”., Concluye.

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