Hallazgo sorprendente: pares de electrones "atrapados" en superconductor cuprato a alta temperatura

MadridInvestigadores han mostrado interés en los superconductores durante mucho tiempo debido a que permiten el flujo eléctrico sin pérdida de energía. Esta capacidad también posibilita ciertas tecnologías, como algunos tipos de trenes de alta velocidad. Sin embargo, comúnmente, los superconductores solo funcionan a temperaturas muy bajas. Cuando se calientan, dejan de ser superconductores y se convierten en conductores regulares o aislantes. Recientemente, un estudio ha observado por primera vez una característica clave de los superconductores—el emparejamiento de electrones—a temperaturas más altas en un material llamado cuprato, que es un tipo de material superconductor inusual.

Puntos clave del estudio:

• Se observó el emparejamiento de electrones a temperaturas de hasta 150 Kelvin.
• Se encontraron pares de electrones en un aislante antiferromagnético, lo cual es inesperado.
• El emparejamiento fue más fuerte en las muestras más aislantes del cuprato.

Investigadores del SLAC National Accelerator Laboratory, la Universidad de Stanford y otras instituciones investigaron el emparejamiento de electrones, crucial para la superconductividad. Para que la superconductividad ocurra con resistencia eléctrica nula, los pares de electrones deben moverse de manera sincronizada. En este estudio, los pares de electrones no estaban sincronizados, por lo que el material no mostró resistencia cero, pero indicó una posibilidad de crear superconductores a temperaturas más altas.

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Durante más de un siglo, los investigadores han sabido que en los superconductores tradicionales, los electrones forman pares gracias a las vibraciones en la estructura del material. Estos materiales necesitan temperaturas muy frías, casi al cero absoluto, para funcionar. En contraste, materiales como los cupratos, que son superconductores no convencionales, operan a temperaturas más altas, de hasta 130 Kelvin. Antes, los científicos no sabían qué causaba el emparejamiento de electrones en estos materiales, pero hallazgos recientes sugieren que el cambio en los giros de los electrones podría ser la clave.

Investigadores utilizaron luz ultravioleta para estudiar los detalles atómicos de un cuprato. Descubrieron una "brecha de energía" que mostraba parejas de electrones que persistían hasta 150 Kelvin, muy por encima de los 25 Kelvin a los que el material se convierte en superconductor. Sorprendentemente, el emparejamiento más fuerte se encontró en las muestras que eran los mejores aislantes.

Los resultados de este estudio sugieren que investigaciones futuras podrían centrarse en modificar las condiciones que permiten que los pares de electrones se muevan juntos, lo que eventualmente podría derivar en superconductores que funcionen a temperaturas más altas. Esta investigación ofrece nuevas metodologías para analizar estos pares de electrones y potencialmente hacer que trabajen en conjunto, acercándonos más a superconductores operativos a temperatura ambiente. Esto podría tener un gran impacto en la tecnología moderna, incluyendo redes eléctricas más eficientes y avanzados computadores cuánticos.