Una nueva teoría de la superconductividad para explicar la superconductividad

Un investigador de la Universidad de Tsukuba presenta un nuevo modelo teórico para la superconductividad de alta temperatura, en el que la corriente eléctrica puede fluir sin resistencia, lo que podría conducir a una generación y transmisión de energía muy eficiente.

Un científico del Departamento de Física Cuántica de la Materia Condensada de la Universidad de Tsukuba ha formulado una nueva teoría de la superconductividad. Basado en un cálculo de “conexión Berry”, este modelo ayuda a explicar los nuevos resultados experimentales mejor que la teoría actual. La obra puede permitir que las futuras redes eléctricas transmitan energía sin pérdidas.

Los superconductores son materiales maravillosos que pueden parecer poco notables en condiciones ambientales, pero cuando se enfrían a temperaturas extremadamente bajas, permiten que la corriente eléctrica fluya sin resistencia. Hay muchas aplicaciones obvias de la superconductividad, como la transferencia de energía sin pérdidas, pero la física detrás de este proceso aún no se comprende con claridad. Una forma bien establecida de pensar sobre la transición de normal a superconductora se llama teoría de Bardeen-Cooper-Schreffer (BCS). En este modelo, siempre que la excitación térmica se mantenga lo suficientemente pequeña, las partículas pueden formar “pares de Cooper” que viajan juntas y resisten la dispersión. Sin embargo, el modelo BCS no explica adecuadamente todos los tipos de superconductores, lo que limita nuestra capacidad para crear materiales superconductores más robustos que operen a temperatura ambiente.

Ahora, un científico de la Universidad de Tsukuba ha ideado un nuevo modelo de superconductividad que revela mejor los principios físicos. En lugar de centrarse en el acoplamiento de partículas cargadas, esta nueva teoría utiliza la herramienta matemática llamada conexión Berry. Este valor calcula la torsión del espacio donde viajan los electrones. “En la teoría estándar de BCS, el origen de la superconductividad es el acoplamiento de electrones. En esta teoría, la supercorriente se define como el flujo no disipativo de electrones acoplados, mientras que los electrones individuales todavía sufren resistencia”, dice el profesor Hiroyasu Koizumi.

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A modo de ilustración, las uniones de Josephson se forman cuando dos capas de superconductores están separadas por una delgada barrera hecha de metal simple o un aislante. Aunque se utilizan ampliamente en detectores de campo magnético de alta resolución y computadoras cuánticas, las uniones de Josephson tampoco encajan del todo en la teoría interna de BCS. “En la nueva teoría, el papel del acoplamiento de electrones es estabilizar la conexión Berry, en lugar de ser la causa de la superconductividad per se, y la supercorriente es el flujo de electrones simples y dobles generados por la torsión del espacio. Los electrones se mueven debido a la conexión Berry “, dice el profesor Koizumi. Esta investigación puede conducir a avances en la computación cuántica, así como en la conservación de energía.

Referencia: “Superconducción a través de la conexión Berry de funciones de onda de múltiples cuerpos: revisando la reflexión de Andreev-St James y el efecto Josephson” por Hiroyasu Koizumi, 5 de julio de 2021, disponible aquí. Revista de superconductividad y nuevo magnetismo.
DOI: 10.1007 / s10948-021-05905-s

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