Investigaciones recientes han desmitificado los superconductores de alta temperatura crítica, identificando su estado "metálico exótico" único y un punto crítico cuántico clave. Este descubrimiento, resultado de un esfuerzo colaborativo y una extensa experimentación, es un paso importante hacia tecnologías superconductoras avanzadas y sostenibles, que ayudan a lograr un futuro más verde.
Un informe de investigación recién publicado en Nature Communications por investigadores del Politecnico di Milano, la Universidad Tecnológica Chalmers de Gotemburgo y la Universidad Sapienza de Roma revela uno de los muchos misterios de los superconductores basados en cobre de alta temperatura crítica: incluso por encima de la temperatura crítica, son especiales y se comportan como metales "extraños". Esto significa que su resistencia cambia con la temperatura de manera diferente a la de los metales normales.
Esta investigación insinúa la existencia de un punto crítico cuántico asociado a los "metales exóticos".
Comportamiento de metales exóticos y puntos críticos cuánticos.
"El punto crítico cuántico significa que, bajo ciertas condiciones, las propiedades de un material mutarán completamente debido a efectos cuánticos". Riccardo Arpaia, investigador del Departamento de Microtecnología y Nanociencia de la Universidad de Chalmers y autor principal de este estudio, comentó: "Al igual que el hielo se derrite y se vuelve líquido debido a los efectos microscópicos de la temperatura a cero grados Celsius, el óxido de cobre también se convertirá en un metal 'extraño' debido a las fluctuaciones de carga cuántica".
La investigación se basa en experimentos de dispersión de rayos X realizados en el sincrotrón europeo ESRF y el sincrotrón británico DLS. Estos experimentos revelaron el efecto de las fluctuaciones de la densidad de carga sobre la resistencia del óxido de cobre, lo que hace que el óxido de cobre sea "extraño". Las mediciones sistemáticas de los cambios en la energía de estas fluctuaciones determinaron el valor mínimo de la densidad del portador de carga: el punto crítico cuántico.
Impacto y direcciones futuras
"Este es el resultado de más de cinco años de trabajo. Utilizamos una tecnología llamada RIXS, desarrollada principalmente por nosotros en el Politecnico di Milano. A través de extensas campañas de medición y nuevos métodos de análisis de datos, demostramos la existencia de puntos críticos cuánticos". Giacomo Ghiringhelli, profesor del Departamento de Física del Politecnico di Milano y coordinador de la investigación, añadió: "Una mejor comprensión de los óxidos de cobre ayudará a diseñar mejores materiales con temperaturas críticas más altas, haciéndolos más fáciles de explotar en tecnologías futuras".
Sergio Caprara, junto con sus colegas del Departamento de Física de la Universidad Sapienza de Roma, teorizó que las fluctuaciones de carga desempeñan un papel clave en los óxidos de cobre. Declaró: "Este descubrimiento es un avance importante en la comprensión no sólo de las propiedades anómalas del estado metálico de los óxidos de cobre, sino también de los mecanismos aún oscuros detrás de la superconductividad a alta temperatura".
Referencia: DOI:10.1038/s41467-023-42961-5
Fuente compilada: ScitechDaily