El descubrimiento de la 'muerte súbita' desafía nuestra comprensión de la superconductividad: ScienceAlert

Los vórtices del caos cuántico que aparecen espontáneamente en capas atómicamente delgadas de materiales aislantes han desconcertado a los físicos, requiriendo revisiones de modelos que podrían resolver algunos problemas urgentes en la búsqueda de comprender la superconductividad.

Físicos experimentales de la Universidad de Princeton (EE.UU.) y del Instituto Nacional de Ciencia de Materiales de Japón han examinado la aparición espontánea de fluctuaciones cuánticas en el punto de transición de un atasco de electrones a una autopista superconductora que cruza un paisaje 2D.

«Cómo se puede convertir una fase superconductora en otra es un área de estudio interesante». Él dice Físico de Princeton y autor principal, Sanfeng Wu.

«Hemos estado interesados ​​en este problema en materiales monocristalinos, delgados y limpios desde hace algún tiempo».

Los electrones que se desplazan a lo largo de los cables de cobre detrás del panel de yeso tienen dificultades para llegar del punto A al punto B. Encienda su televisor y la locura de la hora pico se desarrolla en esos cables, mientras los electrones se desvían y chocan, tocando sus pequeñas bocinas electrónicas y agitando sus pequeños electrones. Las piezas de mano electrónicas sobrecalientan sus diminutos motores electrónicos.

La superconductividad es el sueño. Es un viaje fácil de principio a fin. No se desperdicia calor ni energía. Es tan eficiente como puede ser, perfecto para generar potentes campos electromagnéticos o computación de alta velocidad que no se derrite en un charco.

Sin embargo, tampoco es una fase fácil de producir. Esto sucede cuando los electrones pierden su sentido de individualidad y caen en un estado de sincronización, formando lo que se conoce como pares de cobreCapaz de negociar la vecindad atómica con una facilidad similar a la del Zen.

Esto requiere un nivel de frialdad que sólo se puede lograr con algún equipo pesado e impresionante. Sin embargo, si los investigadores pueden comprender con precisión qué desencadena este cambio cuántico y el papel que desempeña la temperatura, podrían conformarse con un menor enfriamiento.

Un área de investigación implica examinar el comportamiento cuántico de los electrones atrapados en superficies físicamente 2D. Al verse privados de la capacidad de moverse hacia arriba y hacia abajo, los fenómenos cuánticos dificultan su transición a un estado superconductor.

«Cuando vas a dimensiones más bajas, las fluctuaciones se vuelven tan fuertes que matan cualquier posibilidad de superconductividad». Él dice El físico de Princeton Nay Phuan Ong.

El asesino fundamental del estado Zen del electrón se describe mejor como un vórtice cuántico. O como una canción lo describe«Versiones cuánticas del vórtice que aparece cuando se drena una bañera».

Según lo que se conoce como transmisión BKTdespués premios Nobel Vadim Berezinsky, John Kosterlitz y David Thewlis Estos vórtices mortales desaparecen en materiales 2D cuando la temperatura baja lo suficiente.

Al estudiar este espacio de tornados cuánticos que causan caos en estados superconductores, Wu y su equipo crearon una sola capa de ditelururo de tungsteno semimetálico, que a cualquier temperatura más cálida que el cero absoluto se convierte en un aislante que asfixia la energía.

Sin embargo, bombear suficientes electrones obliga a la corriente a fluir de forma superconductora.

Sin embargo, los investigadores notaron algo bastante extraño cuando la temperatura bajó. Al agregar suficientes electrones, se obtiene superconductividad. Sin embargo, en un nivel crítico de movimiento de electrones, los torbellinos de la locura cuántica regresan, cortando la corriente.

La medición de los vórtices reveló que no eran vórtices cuánticos ordinarios, sino que permanecían estables a temperaturas y campos magnéticos más altos de lo que dicta la teoría. Cuando el número de electrones cae por debajo de cierta cantidad, los vórtices desaparecen repentinamente.

«Esperábamos ver fuertes fluctuaciones persistentes por debajo de la densidad crítica de electrones en el lado no superconductor, al igual que las fuertes fluctuaciones observadas muy por encima de la temperatura de transición BKT». Él dice Cortejar.

«Sin embargo, lo que hemos descubierto es que las señales del vórtice desaparecen 'repentinamente' en el momento en que se excede la densidad electrónica crítica. Esto fue un shock. No podemos explicar esta observación en absoluto: la 'muerte repentina' de las fluctuaciones».

Los nuevos paradigmas ofrecen posibilidades para nuevos métodos de investigación que pueden conducir a nuevas tecnologías. Dados los beneficios potenciales del desarrollo de la superconductividad a temperatura ambiente, resulta útil disponer de un buen mapa del tiempo en el paisaje cuántico.

Esta investigación fue publicada en Física de la naturaleza.