Los superconductores, materiales en los que la electricidad fluye sin resistencia alguna, podrían ser extremadamente útiles para la electrónica del futuro. Ingenieros de la Universidad de Tokio han logrado crear un superconductor a partir de un estado de la materia llamado condensado de Bose-Einstein (BEC) por primera vez en la historia.
A veces llamado el quinto estado de la materia, detrás de los sólidos, líquidos, gases y plasmas más comúnmente conocidos, los condensados de Bose-Einstein son lo que ocurre cuando se enfría un gas de bosones hasta casi la temperatura más fría posible.
Los experimentos han demostrado que en este punto, los fenómenos cuánticos pueden ser observados a la macroescala. Los científicos han usado los BECs como punto de partida para crear estados exóticos de la materia como los supersólidos, el excitonium, los relámpagos de bolas cuánticas y los fluidos que exhiben masa negativa.
Un BEC es un estado único de la materia ya que no está hecho de partículas, sino de ondas. A medida que se enfrían hasta casi el cero absoluto, los átomos de ciertos materiales se esparcen por el espacio. Este aumenta hasta que los átomos – ahora más como ondas que como partículas – se superponen, volviéndose indistinguibles entre sí. La materia resultante se comporta como si fuera una sola entidad con nuevas propiedades de las que carecían los anteriores estados sólidos, líquidos o gaseosos.
Kozo Okazaki, autor principal del estudio.
Ahora, en un nuevo estudio los investigadores de Tokio han mostrado la superconductividad en un condensado de Bose-Einstein – algo que nunca antes se había verificado en los experimentos. La hazaña se logró haciendo un BEC de una nube de átomos de hierro y selenio.
La clave del descubrimiento vino de una superposición con una forma similar de materia, llamada régimen Bardeen-Cooper-Shrieffer (BCS). Al igual que los BEC, los regímenes de BCS están formados por nubes de átomos que se enfrían casi hasta el cero absoluto, pero la diferencia aquí es que cuando lo hacen, los átomos se ralentizan y se alinean. Eso significa que los electrones pueden pasar a través de ellos más fácilmente, permitiendo la superconductividad.
Los investigadores del nuevo estudio buscaban ver qué sucedía durante la transición entre un BCS y un BEC, y si la superconductividad era posible en los BEC o si se limitaba a los BCS. El equipo usó la espectroscopia de fotoemisión para observar cómo se comportaban los electrones en los dos materiales, y con seguridad vieron que había cierta superconductividad en un BEC.
En la práctica, el descubrimiento no tiene ninguna aplicación directa para el público en general, pero profundizar en nuestra comprensión del fenómeno sólo puede ayudar a los científicos a crear mejores superconductores en el futuro. Eso a su vez podría conducir a una electrónica mucho más rápida y eficiente.
Demostrar la superconductividad de los BECs fue un medio para un fin; realmente esperábamos explorar la superposición entre los BECs y los BCSs. Fue extremadamente difícil, pero nuestro aparato y método de observación únicos lo han verificado – hay una transición suave entre estos regímenes. Y esto apunta a una teoría subyacente más general detrás de la superconducción.
Kozo Okazaki.
Más información: sciencemag.org
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