Utilizando cinta y mecánica cuántica, los científicos ven signos de superconductividad universal a temperatura ambiente en el grafito

Resumen informativo

• Un equipo de investigadores dirigido por Terra Quantum ha publicado los resultados de la primera observación de la superconductividad a temperatura ambiente.
• La superconductividad es la capacidad de los conductores de transportar corriente eléctrica sin perder energía.
• Los investigadores utilizaron cinta adhesiva para dividir térmicamente el grafito (una forma sintética de grafito) en láminas delgadas.

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La superconductividad, la capacidad de los conductores de transportar corriente eléctrica sin resistencia, es decir, sin perder energía, fue descubierta en 1911 por un físico holandés. Heike Kamerlingh Onnes. Su observación de que la resistencia en un alambre de mercurio sólido sumergido en helio líquido desaparece repentinamente a una temperatura de 4,2 K, que informó inmediatamente a la Real Academia de Artes y Ciencias de los Países Bajos, fue reconocida en 1913. Premio Nobel de Física. El descubrimiento de Kamerlingh Onnes abrió una nueva era en la historia de la humanidad.

Hace unos treinta años, se descubrió que la superconductividad, que también se caracteriza por… efecto MeissnerLa cancelación completa del campo magnético en el interior del superconductor es un estado cuántico microscópico; Así, este descubrimiento estimuló el desarrollo de la mecánica cuántica, que es la base de la ciencia y el conocimiento actuales sobre la naturaleza. Sin embargo, los modelos de superconductividad han predicho que es difícil esperar que esto suceda a temperaturas superiores a unos 20 K.

Luego, el descubrimiento en 1986 de la llamada “superconductividad de alta temperatura” (Georg Bednorz y Alex Müller, Premio Nobel 1987), superconductividad por encima de 77 K, planteó el siguiente misterio que permaneció sin resolver hasta el reciente trabajo del profesor jefe de tecnología de Terra Quantum. Valery Vinokur con Cristina Diamantini (Universidad de Perugia) y Carlo Trogenberger (SwissScientific Technologies).

Ahora, una investigación realizada por el profesor Vinokur y el profesor Yakov Kopelevich, con coautores de la Universidade Estadual de Campinas, la Universidad de Perugia y Swiss Technologies, ha descubierto la superconductividad a temperatura ambiente. Una esperanza que parecía un cuento de hadas se ha convertido en realidad.

«Nuestro trabajo es un descubrimiento experimental que la humanidad ha estado esperando durante unos cien años desde la primera observación de la superconductividad en el mercurio», afirmó el profesor Valery Vinokur.

«Este descubrimiento realizado por nuestro equipo científico junto con nuestros socios académicos e industriales abre la puerta a avances sorprendentes en la tecnología de superconductividad. La superconductividad a temperatura ambiente abre la puerta a avances transformadores en todas las industrias», afirmó Markus Pflitsch, fundador y director ejecutivo de Terra Quantum. La electricidad está prácticamente libre de pérdidas de energía, lo que revolucionará nuestra forma de transmitir electricidad. En el ámbito de la atención sanitaria, surgirán tecnologías mejoradas de resonancia magnética que proporcionarán una precisión diagnóstica sin precedentes. El transporte dará un salto adelante con trenes de levitación magnética de alta velocidad y eficiencia energética. La electrónica entrará en escena. una nueva era de miniaturización y eficiencia energética.

«El campo emergente de la computación cuántica se beneficiará enormemente, ya que los qubits que ahora funcionan a sólo 10-20 mK pueden funcionar a temperatura ambiente. Cosas que alguna vez se consideraron sueños futuristas se están convirtiendo en una realidad», añadió el profesor Vinokur.

El grafito térmico es una forma fabricada de grafito. El equipo de investigación de la Universidad Estadual de Campinas, dirigido por el profesor Kobiljevic, utilizó cinta adhesiva para cortar este grafito en finas láminas. Estas placas estaban cubiertas de densas series de arrugas en líneas casi paralelas. La geometría de estas arrugas hace que los electrones se acoplen en estructuras que permiten que las corrientes superconductoras fluyan a lo largo de las arrugas.

CA Trugenberger, MC Diamantini y VM Vinokur explicaron el mecanismo que conduce a la superconductividad en defectos unidimensionales. Las fluctuaciones de deformación dentro de estos defectos se pueden describir mediante campos de medición topológicos efectivos, que median un potencial atractivo que hace que los electrones dentro de las gotas se acoplen a los defectos y a la condensación de Bose. La dimensión muy delgada de estas gotas da como resultado un estado fundamental muy fuerte para estos pares. Las gotas de condensado forman una eficaz matriz de unión Josephson en la superficie del grafito, que se solidifica en su estado metálico topológico, con conductancia residual en los bordes formada por defectos. En estos defectos, los deslizamientos de fase cuánticos suelen provocar disipación. Sin embargo, debido a la soldadura dimensional con la superficie 2D y la masa 3D, los deslizamientos de fase cuántica son meras puntas de grandes vórtices que se mueven sobre la superficie. Debido a la muy pequeña resistencia de la masa, se suprime el movimiento de estos vórtices, así como la disipación de los defectos causados ​​por la fase cuántica. Por tanto, estos defectos se transforman en superconductividad.