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Investigadores descubren una ley universal de superconductividad.

Física

Colin Jeffrey

12 de enero de 2015

Los investigadores del MIT han utilizado una película superlina de átomos de niobio y nitrógeno para ayudar a descubrir una ley universal de la superconductividad (Imagen: Yachin Ivry / MIT)

Las leyes inmutables que gobiernan nuestro universo, como las que reinan sobre el mundo observable en la mecánica clásica y las que gobiernan el mundo de la física atómica, son el núcleo de todos nuestros principios científicos. No solo proporcionan reglas consistentes, repetibles y precisas que permiten que los cálculos y los experimentos se prueben o verifiquen, sino que también nos ayudan a comprender el funcionamiento del cosmos. Los investigadores del MIT afirman haber descubierto una nueva ley universal para los superconductores que, de demostrarse exacta, alinearía la física de los superconductores con otras leyes universales y promovería circuitos como los superconductores para la computación cuántica y súper baja.

Los materiales superconductores no tienen resistencia eléctrica a temperaturas cercanas al cero absoluto, lo que significa que se requieren cantidades muy pequeñas de energía para inducir corrientes eléctricas en ellos. Los dispositivos, como los procesadores informáticos, construidos a partir de estos materiales, se esperaría en teoría que usarían cientos de veces menos energía que los circuitos convencionales.

Sin embargo, hasta hace poco, la correlación entre los parámetros físicos y eléctricos de los superconductores se ha basado en gran medida en suposiciones de la física teórica estándar y no se ha probado ninguna ley única sobre estas funciones.

La nueva relación matemática descubierta por los investigadores que involucra el espesor del material, la temperatura y la resistencia eléctrica, por otro lado, hasta ahora parece ser válida en todos los superconductores.

Antes de la investigación del MIT, otro trabajo teórico había indicado previamente que la temperatura de operación crítica en un superconductor era una función del grosor de la película a partir de la cual se hizo o su resistencia eléctrica medida a temperatura ambiente. Sin embargo, cuando el equipo creció superconductores de átomos de nitruro de niobio, estas teorías no parecían ser ciertas.

"Vimos una gran dispersión y no hay una tendencia clara", dijo Yachin Ivry, un investigador postdoctoral en el Laboratorio de Investigación de Electrónica del MIT. "No tenía sentido, porque los cultivábamos en el laboratorio en las mismas condiciones".

Para intentar comprender esta anomalía entre la teoría y la práctica, los investigadores decidieron realizar una serie de experimentos con el crecimiento de la película superfina para ver si podían producir resultados más consistentes. Para hacer esto, mantuvieron uno de dos parámetros constantes: el grosor del material o su "resistencia de la lámina" (la resistencia del material por unidad de área). Luego midieron cualquier cambio en la temperatura crítica mientras variaban cualquiera de estos parámetros.

Como resultado de este trabajo, resultó un patrón de comportamiento repetible. El equipo pudo demostrar que el espesor de la lámina (d) multiplicado por la temperatura crítica (Tc) equivalía a una constante dividida por la resistencia de la lámina (R s ) elevada a una potencia particular, proporcionando así la fórmula de relación de superconductividad de película delgada universalmente aplicable : dT c (R s ).

"Pudimos utilizar este conocimiento para crear dispositivos de gran área, que en realidad no era posible hacerlo anteriormente, y el rendimiento de los dispositivos aumentó significativamente. Las películas delgadas son interesantes científicamente porque le permiten acercarse a lo que llamamos La transición superconductora a aislante ", dijo Ivry. "La superconductividad es un fenómeno que se basa en el comportamiento colectivo de los electrones. Entonces, si vas a dimensiones cada vez más pequeñas, llegas al inicio del comportamiento colectivo".

Los investigadores creen que la aplicación de su investigación proporcionará una mayor comprensión de la superconductividad de película delgada, que podría ver mejoras en los gustos de los fotodetectores supersensibles y los semiconductores de computación cuántica.

"Esto es muy conveniente para aplicaciones técnicas, porque hay mucha difusión de los resultados y nadie sabe si obtendrán buenas películas para dispositivos superconductores", dice Claude Chapelier, un investigador de superconductividad en las Energías Alternativas de Francia. y Comisión de Energía Atómica. "Al incluir un material en esta ley, ya sabes si es una buena película superconductora o no".

Los hallazgos de la investigación del equipo se publicaron en la revista Physical Review B

Fuente: MIT

Los investigadores del MIT han utilizado una película superlina de átomos de niobio y nitrógeno para ayudar a descubrir una ley universal de la superconductividad (Imagen: Yachin Ivry / MIT)

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