Los científicos han descubierto una ‘partícula demoníaca’ que podría conducir a superconductores que conducen la electricidad a temperatura ambiente: el ‘santo grial’ de la física.
Un superconductor es un determinado metal o aleación capaz de conducir electricidad sin resistencia, pero debe estar a más de 100F por debajo del punto de congelación para funcionar.
Investigadores de la Universidad de Illinois han identificado recientemente una partícula sin masa, lo que significa que puede formarse a cualquier temperatura, en el metal rutenato de estroncio, casi 70 años después de que se predijeran por primera vez los ‘demonios’.
Los superconductores se utilizan en operaciones como la levitación de trenes y máquinas de imágenes por resonancia magnética (MRI) de alta precisión, pero los materiales que funcionan a temperatura ambiente allanarían el camino para computadoras más potentes.
La superconductividad se descubrió hace más de 100 años en el mercurio enfriado a la temperatura del helio líquido a -452F.
Tras el descubrimiento de la superconductividad en el mercurio, el fenómeno también se observó en otros materiales a muy bajas temperaturas.
Los materiales incluían varios metales y una aleación de niobio y titanio que podía convertirse fácilmente en alambre.
La partícula demoníaca fue predicha por primera vez por el físico teórico David Pines en 1956, quien creía que los electrones reaccionarían “extrañamente” cuando viajaran a través de un sólido.
Los electrones pueden perder su individualidad en los sólidos ya que las interacciones eléctricas hacen que los electrones se combinen para formar unidades colectivas.
Con suficiente energía, los electrones pueden formar partículas compuestas llamadas plasmones con una nueva carga y masa determinadas por las interacciones eléctricas subyacentes.
Sin embargo, la masa suele ser tan grande que los plasmones no pueden formarse con las energías disponibles a temperatura ambiente, pero Pines teorizó que había una excepción a esto.
El físico argumentó que si un sólido tiene electrones en más de una banda de energía, como muchos metales, sus respectivos plasmones pueden combinarse en un patrón fuera de fase para formar un nuevo plasmón sin masa y neutral: un demonio.
Dado que los demonios no tienen masa, pueden formarse con cualquier energía y pueden existir a todas las temperaturas.
Esto ha llevado a especular que tienen efectos esenciales sobre el comportamiento de los metales multibanda.
El descubrimiento fue realizado por un equipo de investigadores dirigido por Peter Abbamonte, profesor de física en la Universidad de Illinois Urbana-Champaign, quien identificó la predicción de Pines mientras estudiaba el metal rutenato de estroncio.
El experimento no estaba relacionado con los superconductores, pero el metal es similar a los superconductores de alta temperatura sin serlo.
Los investigadores estaban realizando el primer estudio de las propiedades electrónicas del metal bombardeándolo con electrones, lo que convocó al demonio dentro de las características del metal.
Abbamonte estaba trabajando con un ex estudiante graduado Ali Husain en el proyecto, quien dijo: ‘Al principio, no teníamos idea de qué se trataba.
Los demonios no están en la corriente principal. La posibilidad surgió desde el principio, y básicamente nos reímos.
“Pero, cuando comenzamos a descartar cosas, comenzamos a sospechar que realmente habíamos encontrado al demonio”.
Finalmente, se le pidió a Edwin Huang, becario postdoctoral de Moore en la UIUC y teórico de la materia condensada, que calculara las características de la estructura electrónica del rutenato de estroncio.
La predicción de los demonios de ‘Pines’ requiere condiciones bastante específicas, y no estaba claro para nadie si el rutenato de estroncio debería tener un demonio”, dijo Huang.
“Tuvimos que realizar un cálculo microscópico para aclarar lo que estaba pasando. Cuando hicimos esto, encontramos una partícula que consiste en dos bandas de electrones que oscilan fuera de fase con una magnitud casi igual, tal como lo describió Pines.’
