¿Cómo metamateriales podrían tener la llave para la superconductividad de alta temperatura

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De la misma manera que metamateriales dirigen la luz alrededor de objetos para ocultarlas, podría también dirigir electrones a través de enrejados cristalinos con cero resistencia, dicen los físicos.

Metamateriales son una de las maravillas de la física moderna. Hechas usando repitiendo patrones 3D de componentes electrónicos tales como condensadores y resistencias, metamateriales interactúan con las ondas de luz, conduciéndolos en formas que son imposibles con cosas ordinarias. El resultado: más invisibilidad oculta que puede agitar una varita.

Pero no hay ninguna magia en el trabajo. La teoría general que explica esto se conoce como óptica de transformación. Y las matemáticas detrás de ella son formalmente análoga a las ecuaciones que describen cómo masa urdimbres espacio-tiempo para generar gravedad. Por eso los físicos han sido capaces de utilizar un metamaterial para simular la forma en que un agujero negro trampas de luz.

Ahora dicen que Igor Smolyaninov y Vera Smolyaninova en la Universidad de Maryland en College Park metamateriales pueden vincularse formalmente a otra área de la física: superconductividad. En particular, dicen que los superconductores pueden ser una forma especial de metamateriales que dirigen los electrones en lugar de luz. Eso plantea la tentadora posibilidad de que el secreto de la superconductividad de alta temperatura puede mentir en el desarrollo de una nueva generación de metamateriales que explotan esta idea más lejos.

Primero, algunos antecedentes. Superconductividad es el fenómeno de cero resistencia en materiales enfriarlos por debajo de una temperatura crítica. Los superconductores también expulsan los campos magnéticos, un fenómeno conocido como el efecto Meissner.

Durante muchos años después del descubrimiento de la superconductividad en 1911, los físicos estaban perplejos acerca de cómo surgió. Luego, en 1957, John Bardeen, Leon Cooper y John Schrieffer solucionó el problema con lo que ahora se conoce como teoría BCS.

Su idea es que a bajas temperaturas, los electrones dobles hasta pares de Cooper de forma que viajan a través del material del enrejado juntos. Hacen esto con cero resistencia mediante el intercambio de fonones — las partículas cuánticas de vibration–with el enrejado.

En efecto, los pares de cobre se barren a través de la celosía por estos fonones, que despejen el camino de obstáculos, como otros electrones. Por eso no hay cero resistencia.

Esta habilidad para dirigir los electrones puede sonar familiar. En efecto, la Smolyaninov y Smolyaninova decir que la alta temperatura superconductores como BSCCOs (calcio estroncio bismuto óxidos de cobre que superconduct en más de 100 K) tienen una semejanza formal con los metamateriales que los físicos ya han construido para dirigir la luz.

Eso es porque se componen de capas de átomos con propiedades metálicas otro con capas de átomos que tienen propiedades dieléctricas (ver diagrama). En efecto, son el último metamateriales construido sobre la escala atómica.

Eso plantea la perspectiva fascinante que los físicos podrían un día ingeniero metamateriales superconductores de los suyos. Y con una mejor comprensión de cómo estas capas dirigen electrones con cero resistencia, incluso podría ser posible hacer que los materiales superconduct en temperaturas más altas que hoy son posibles. "Sostenemos que el enfoque metamaterial ingeniería respuesta dieléctrica puede aumentar considerablemente la temperatura crítica de un compuesto superconductor-dieléctrico metamaterial", dicen.

¿Oímos temperatura? Quizás no todavía. Esto es sólo una idea en la actualidad y numerosos desafíos significativos están por delante. Lo primero es encontrar una manera de diseñar un superconductor metamateriales y predecir sus propiedades superconductoras. Después vendría el importante reto de sintetizarlo.

Dos de esas hazañas parece para ser algún modo apagado. Nevertheles, la ciencia de los metamateriales ha evolucionado rápidamente. En apenas diez años, ha pasado de fantasía ficción del libro a la construcción de capas de invisibilidad, artificial de los agujeros negros y universos sintéticos incluso de trabajo.

Que es por sólo un tonto apostaría en contra siendo la próxima muesca de la cama metamaterial superconductividad.

¿Ref: arxiv.org/abs/1311.3277: es allí un Metamaterial derrota a alta temperatura superconductividad?


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