Análisis del proceso atómico en superconductores de alta temperatura
Seamus Davis, profesor de física en universidades oxford Cork, es el presidente de un grupo de investigación internacional que acaba de publicar resultados que arrojan luz sobre el mecanismo atómico detrás de los superconductores de alta temperatura. Los resultados se muestran en formato . PNAS.
Crédito de la imagen: Shutterstock / Yurchanka Siarhei
Los superconductores son materiales que pueden conducir la electricidad sin experimentar ninguna resistencia, lo que permite que la corriente eléctrica fluya sin interrupciones. La superconductividad generalmente requiere temperaturas muy bajas, lo que limita su uso generalizado.
Los superconductores ya se están utilizando en varias aplicaciones, incluidos los escáneres de resonancia magnética y los trenes magnéticos de alta velocidad. El desarrollo de superconductores a temperatura ambiente es uno de los principales objetivos de la investigación física porque podría revolucionar el almacenamiento y la transmisión de energía.
Después de su descubrimiento en 1987, algunos materiales de óxido de cobre mostraron superconductividad a temperaturas más altas que los superconductores ordinarios, pero el mecanismo detrás de esto sigue siendo un misterio.
Un equipo internacional de investigadores de Oxford, Cork, Irlanda, EE. UU., Japón y Alemania han creado dos nuevos métodos de microscopía para investigar esto.
El primero calcula la diferencia de energía entre los orbitales de los átomos de cobre y oxígeno sobre sus posiciones relativas. El segundo evaluó la fuerza de la superconductividad (la amplitud de la función de onda del par de electrones) para cada átomo de cobre y oxígeno.
Al visualizar la fuerza de la superconductividad en función de las diferencias entre las energías orbitales, pudimos por primera vez medir con precisión la relación requerida para validar o invalidar una de las principales teorías de la superconductividad a altas temperaturas, a nivel atómico..
Seamus Davis, profesor de física, Universidad de Oxford
De acuerdo con las predicciones de la teoría, los datos revelaron una relación cuantitativamente inversa entre la fuerza de la superconductividad y la caracterización de la energía de transferencia de carga entre los átomos de oxígeno y cobre cercanos.
El equipo de investigación cree que este descubrimiento podría representar un hito importante en el desarrollo de superconductores a temperatura ambiente. En última instancia, podrían usarse en diversas aplicaciones, como almacenamiento y transmisión de energía ultraeficientes, computadoras cuánticas, reactores de fusión nuclear y aceleradores de partículas de alta energía.
Debido a los fuertes «pares de cobre» en los que se unen los electrones que transportan corriente, la resistencia eléctrica está restringida en los materiales superconductores. Las vibraciones térmicas conservan los pares de cobre en los superconductores de baja temperatura, pero se vuelven muy inestables a altas temperaturas.
Estos nuevos resultados muestran que los pares de cobre no están unidos por interacciones magnéticas en superconductores de alta temperatura, sino por una interacción mecánica cuántica entre los pares de electrones y el átomo de oxígeno entre ellos.
El profesor Davis dijo:Este ha sido un problema sagrado en la investigación física durante casi 40 años. Mucha gente cree que los superconductores que son baratos y fácilmente disponibles a temperatura ambiente serán tan revolucionarios para la civilización humana como la introducción de la electricidad misma.. «
Referencia de la revista:
O’Mahony, SM, y otros. (2022) sobre el mecanismo de acoplamiento de electrones de la superconductividad del óxido de cobre a alta temperatura. PNAS. doi.org/10.1073/pnas.2207449119.
fuente: https://www.ox.ac.uk/
