Al igual que los astrónomos ajustan las imágenes para obtener una visión más detallada de estrellas distantes, ingenieros del Departamento de Energía de los EE.UU. del Laboratorio Nacional de Brookhaven, han encontrado la manera de afinar las imágenes de los espectros de energía en superconductores a altas temperaturas, estos son materiales que transportan corriente eléctrica sin esfuerzo al enfriarse por debajo de una cierta temperatura. Como resultado, este nuevo método de imagen confirma que los pares de electrones necesarios para su ejecución emerge por encima de la temperatura de transición, antes de la superconductividad, pero sólo en una dirección particular.
Configurando adecuadamente el mecanismo “high-Tc”, la superconductividad puede ayudar a los ingenieros y científicos a encontrar nuevos materiales que puedan mejorar las aplicaciones tales como la eficiencia de las líneas de alta transmisión en la red eléctrica, evitando pérdidas en su recorrido. Según comentaba el físico Peter Johnson, jefe del proyecto de investigación; “Nuestros resultados descartan algunas explicaciones para el desarrollo de la superconductividad en ciertos materiales, y prestan apoyo a otros, compitiendo en teorías”.
En la búsqueda de pre-formados pares de electrones, el equipo de ingenieros de Brookhaven bombardearon un material formado por óxido de cobre, mediante temperaturas por encima y por debajo de la temperatura de transición con haces de luz, y analizaron el espectro de energía de los electrones emitidos por la muestra. Este método, conocido como ARPES (Angle-resolved Photoemission Spectroscopy), normalmente da una idea clara de sólo la mitad de la energía del espectro, además todos los niveles de los electrones pueden ocupar posteriormente el llamado nivel de Fermi. Para vislumbrar la otra mitad, por encima del nivel de Fermi, los científicos emplearon métodos de análisis similares a los utilizados por astrónomos para aumentar la resolución de las imágenes celestes.
Ver ambos lados del nivel de Fermi es importante porque, cuando uno se convierte en un material superconductor, es una energía que rodea al vacío. Con una perfecta simétrica (espaciados por igual encima y por debajo del nivel de Fermi) es una fuerte indicación de que los electrones están vinculados hacia arriba. El vacío superconductor existe en y por debajo de la temperatura de transición, siempre y cuando un material actúe como un superconductor.
Sin embargo, el equipo de Johnson y otros científicos habían observado un segundo vacío, o seudovacío, en algunos materiales de alto Tc, muy por encima de la temperatura de transición. Si este seudovacío exhibe la misma simetría en todo el nivel de Fermi, sería prueba definitiva de que los electrones son pareados por encima de la temperatura de transición. Utilizando el nuevo sistema de imagen, el equipo de ingenieros demostró que el seudovacío de hecho, tiene la misma exposición de simetría.
Ahora se puede decir con certeza que son los electrones los que forman los pares por encima de la temperatura de transición, antes de que el material se convierta en un superconductor.
Los científicos formulan otra observación interesante: la vinculación sólo se produce a lo largo de ciertas direcciones en el enrejado cristalino de los átomos que componen el material, (sólo a lo largo de las direcciones en las que los átomos de cobre están en régimen de servidumbre con átomos de oxígeno). En conjunto, la existencia de pares de electrones pre-formados y su dependencia de dirección, debería ayudar a aclarar la imagen de alta superconductividad Tc.
Datos de investigación provenientes del Brookhaven National Laboratory.
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