Blog

Jan 12, 2024

Los científicos identifican el mecanismo que explica las propiedades características de los 'metales extraños'

17 de agosto de 2023 Este artículo ha sido revisado de acuerdo con las políticas y el proceso editorial de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

17 de agosto de 2023

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con el proceso editorial y las políticas de Science X. Los editores han resaltado los siguientes atributos al tiempo que garantizan la credibilidad del contenido:

verificado

publicación revisada por pares

corregir

por la Fundación Simons

Durante casi 40 años, los materiales llamados "metales extraños" han desconcertado a los físicos cuánticos, desafiando toda explicación al operar fuera de las reglas normales de la electricidad.

Ahora, una investigación dirigida por Aavishkar Patel del Centro de Física Cuántica Computacional (CCQ) del Instituto Flatiron en la ciudad de Nueva York ha identificado, por fin, un mecanismo que explica las propiedades características de los metales extraños.

En la edición del 18 de agosto de Science, Patel y sus colegas presentan su teoría universal de por qué los metales extraños son tan raros: una solución a uno de los mayores problemas sin resolver en la física de la materia condensada.

Se encuentra un comportamiento metálico extraño en muchos materiales cuánticos, incluidos algunos que, con pequeños cambios, pueden convertirse en superconductores (materiales en los que los electrones fluyen con resistencia cero a temperaturas suficientemente bajas). Esa relación sugiere que comprender metales extraños podría ayudar a los investigadores a identificar nuevos tipos de superconductividad.

La nueva teoría sorprendentemente simple explica muchas rarezas acerca de los metales extraños, como por qué el cambio en la resistividad eléctrica (una medida de la facilidad con la que los electrones pueden fluir a través del material como corriente eléctrica) es directamente proporcional a la temperatura, incluso a temperaturas extremadamente bajas. Esa relación significa que un metal extraño resiste el flujo de electrones más que un metal ordinario como el oro o el cobre a la misma temperatura.

La nueva teoría se basa en una combinación de dos propiedades de metales extraños. En primer lugar, sus electrones pueden entrelazarse mecánicamente entre sí, vinculando sus destinos, y permanecen entrelazados incluso cuando están separados a distancia. En segundo lugar, los metales extraños tienen una disposición de átomos no uniforme, similar a un mosaico.

Ninguna de las propiedades explica por sí sola las rarezas de los metales extraños, pero en conjunto, "todo encaja", dice Patel, que trabaja como investigador Flatiron en el CCQ.

La irregularidad de la disposición atómica de un metal extraño significa que los entrelazamientos de electrones varían dependiendo de en qué parte del material tuvo lugar el entrelazamiento. Esa variedad añade aleatoriedad al impulso de los electrones a medida que se mueven a través del material e interactúan entre sí. En lugar de fluir todos juntos, los electrones se golpean entre sí en todas direcciones, lo que genera resistencia eléctrica. Dado que los electrones chocan con mayor frecuencia cuanto más se calienta el material, la resistencia eléctrica aumenta junto con la temperatura.

"Esta interacción de entrelazamiento y falta de uniformidad es un efecto nuevo; nunca antes se había considerado para ningún material", dice Patel. "En retrospectiva, es algo extremadamente simple. Durante mucho tiempo, la gente estuvo complicando innecesariamente toda esta historia de metales extraños, y eso simplemente no era lo correcto".

Patel dice que una mejor comprensión de los metales extraños podría ayudar a los físicos a desarrollar y perfeccionar nuevos superconductores para aplicaciones como las computadoras cuánticas.

"Hay casos en los que algo quiere volverse superconductor pero no lo hace porque la superconductividad está bloqueada por otro estado competidor", dice. "Uno podría preguntarse entonces si la presencia de estas no uniformidades puede destruir estos otros estados con los que compite la superconductividad y dejar el camino abierto para la superconductividad".

Ahora que los metales extraños son un poco menos extraños, el nombre puede parecer menos apropiado que antes. "En este momento me gustaría llamarlos metales inusuales, no extraños", dice Patel.

Patel fue coautor del nuevo estudio con Haoyu Guo, Ilya Esterlis y Subir Sachdev de la Universidad de Harvard.

Más información: Aavishkar A. Patel et al, Teoría universal de metales extraños a partir de interacciones espacialmente aleatorias, Science (2023). DOI: 10.1126/science.abq6011. www.science.org/doi/10.1126/science.abq6011

Información de la revista:Ciencia

Proporcionado por la Fundación Simons