Un estado de la materia completamente nuevo

   MADRID, 15 Nov. (EUROPA PRESS) -

   Un estado de la materia completamente nuevo ha sido demostrado en los pares de Cooper, dúos de electrones que permiten a los superconductores conducir electricidad sin resistencia.

   Los pares de Cooper muestran dos habilidades. Se deslizan libremente, creando un estado superconductor, o crean un estado aislante al atascarse dentro de un material, incapaz de moverse en absoluto.

   Pero en un nuevo artículo publicado en Science, un equipo de investigadores ha demostrado que los pares de Cooper también pueden conducir electricidad con cierta cantidad de resistencia, como lo hacen los metales normales. Y esto requerirá una nueva explicación teórica.

   "Hubo evidencia de que este estado metálico surgiría en los superconductores de película delgada a medida que se enfriaran hacia su temperatura superconductora, pero si ese estado involucraba o no pares de Cooper era una pregunta abierta", dijo Jim Valles, profesor de física en la Universidad de Brown y autor correspondiente del estudio, en un comunicado.

   "Hemos desarrollado una técnica que nos permite probar esa pregunta y demostramos que, de hecho, los pares de Cooper son responsables de transportar la carga en este estado metálico. Lo interesante es que nadie está seguro en un nivel fundamental de cómo lo hacen, por lo que este hallazgo requerirá más trabajo teórico y experimental para comprender exactamente lo que está sucediendo ".

   Los pares de Cooper llevan el nombre de Leon Cooper, un profesor de física en Brown que ganó el Premio Nobel en 1972 por describir su papel en la habilitación de la superconductividad. La resistencia se crea cuando los electrones se mueven en la red atómica de un material a medida que se mueven.

   Pero cuando los electrones se unen para convertirse en pares de Cooper, experimentan una transformación notable. Los electrones en sí mismos son fermiones, partículas que obedecen el principio de exclusión de Pauli, lo que significa que cada electrón tiende a mantener su propio estado cuántico. Los pares de Cooper, sin embargo, actúan como bosones, que felizmente pueden compartir el mismo estado. Ese comportamiento bosónico permite que los pares de Cooper coordinen sus movimientos con otros conjuntos de pares de Cooper de una manera que reduce la resistencia a cero.

   En 2007, Valles, en colaboración con el profesor de ingeniería y física de Brown, Jimmy Xu, demostró que los pares de Cooper también podían producir estados aislantes y superconductividad. En materiales muy delgados, en lugar de moverse en concierto, las parejas conspiran para permanecer en su lugar, varadas en pequeñas islas dentro de un material e incapaces de saltar a la siguiente isla.

   Para este nuevo estudio, Valles, Xu y sus colegas en China buscaron pares de Cooper en el estado metálico no superconductor utilizando una técnica similar a la que reveló los aisladores de pares de Cooper. La técnica consiste en diseñar un superconductor de película delgada, en este caso un superconductor de óxido de cobre y bario de itrio de alta temperatura (YBCO), con series de pequeños agujeros. Cuando el material tiene una corriente que lo atraviesa y está expuesto a un campo magnético, los portadores de carga en el material orbitarán los agujeros como el agua que rodea un drenaje.

   "Podemos medir la frecuencia con la que circulan estas cargas", dijo Valles. "En este caso, descubrimos que la frecuencia es consistente con que haya dos electrones circulando a la vez en lugar de uno solo. Así que podemos concluir que los portadores de carga en este estado son pares de Cooper y no electrones individuales".

   Los investigadores dicen que la idea de que los pares de Cooper con forma de bosón sean responsables de este estado metálico es algo sorprendente, porque hay elementos de la teoría cuántica que sugieren que esto no debería ser posible. Entonces, comprender exactamente lo que está sucediendo en este estado podría conducir a una nueva física emocionante, pero se requerirá más investigación.

   Afortunadamente, dicen los investigadores, el hecho de que este fenómeno se haya detectado en un superconductor de alta temperatura hará que la investigación futura sea más práctica. YBCO comienza a superconducir a alrededor de -181 grados Celsius, y la fase metálica comienza a temperaturas justo por encima de eso. Eso es bastante frío, pero es mucho más cálido que otros superconductores, que están activos justo por encima del cero absoluto. Esa temperatura más alta facilita el uso de la espectroscopia y otras técnicas destinadas a comprender mejor lo que está sucediendo en esta fase metálica.

   En el futuro, dicen los investigadores, podría ser posible aprovechar este estado de metal bosónico para nuevos tipos de dispositivos electrónicos.

   "Lo que pasa con los bosones es que tienden a estar en un estado más parecido a una onda que los electrones, por lo que hablamos de que tienen una fase y crean interferencia de la misma manera que la luz", dijo Valles. "Por lo tanto, podría haber nuevas modalidades para mover la carga en los dispositivos jugando con interferencia entre los bosones".

   Pero por ahora, los investigadores están felices de haber descubierto un nuevo estado de la materia. "La ciencia se basa en descubrimientos", dijo Xu, "y es genial haber descubierto algo completamente nuevo".