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Los investigadores explican por qué la superconducción es tan fría

Los investigadores explican por qué la superconducción es tan fría

Hay muchos materiales en determinadas condiciones que pueden conducir electricidad sin una resistencia significativa. Este fenómeno se conoce como superconducción. Pero la mayoría de estos materiales solo pueden experimentar superconductores a temperaturas muy bajas.

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Los investigadores han estado tratando de encontrar métodos computacionales teóricos para representar y comprender esta regla durante mucho tiempo, la mayoría sin éxito, hasta ahora. La Universidad Tecnológica de Viena ha desarrollado un nuevo método que explica en gran medida las complejidades de la superconducción.

Problema complejo revelado

"En realidad, es sorprendente que la superconducción solo se produzca a temperaturas extremadamente bajas", dice el profesor Karsten Held, del Instituto de Física del Estado Sólido de TU Wien.

"Cuando se considera la energía liberada por los electrones involucrados en la superconducción, es de esperar que la superconducción también sea posible a temperaturas mucho más altas".

Para comprender la superconducción debes comenzar aplicando las leyes de la física. "El problema es que muchas partículas están involucradas en el fenómeno de la superconducción, todas al mismo tiempo", explica Held.

"Esto hace que los cálculos sean extremadamente complejos".

Los electrones individuales de un material no pueden verse como individuos, sino como un todo. Sin embargo, esta escala hace que la idea sea tan compleja que incluso las computadoras más poderosas del mundo son inútiles.

"Sin embargo, existen varios métodos de aproximación que pueden ayudarnos a representar las complejas correlaciones cuánticas entre los electrones", dice Held.

Uno de estos métodos es la "teoría dinámica del campo medio", una teoría perfecta para problemas en los que calcular las correlaciones cuánticas entre los electrones es particularmente difícil.

Nueva investigación basada en el 'diagrama de Feynman'

Los nuevos trabajos de TU Wein amplían el cálculo del 'diagrama de Feynman'. Los diagramas de Feynman son un método para representar interacciones entre partículas.

Los diagramas permiten representar en un diagrama todas las posibles interacciones de partículas y, por tanto, son útiles para realizar cálculos muy precisos. El ganador del premio Nobel Richard Feynman creó los diagramas para usarlos en el estudio de partículas individuales en el vacío.

Pero también se pueden usar para analizar las interacciones entre partículas en objetos sólidos. Sin embargo, cuanto más compleja es la interacción, más diagramas se necesitan.

"En un método desarrollado por el profesor Toschi y yo mismo, ya no usamos los diagramas de Feynman únicamente para representar interacciones, sino que también usamos un vértice complejo que depende del tiempo como componente", explica Held.

"Este vértice en sí mismo consta de un número infinito de diagramas de Feynman, pero con un truco inteligente, todavía se puede utilizar para cálculos en una supercomputadora".

Este nuevo método creó una forma para que los investigadores se aproximen a la compleja interacción cuántica de las partículas a calcular.

"Lo emocionante en términos de física es que podemos demostrar que en realidad es la dependencia temporal del vértice lo que significa que la superconducción solo es posible a bajas temperaturas".

A través de un trabajo minucioso, Motoharu Kitatani y el profesor Held pudieron identificar el diagrama ortodoxo de Feynman que muestra por qué los materiales convencionales solo se vuelven superconductores a -200 ° C y no a temperatura ambiente, resolviendo así un problema persistente.

Este trabajo permitirá una mejor comprensión de los materiales superconductores y sus propiedades. También podría conducir al descubrimiento de un material que pueda lograr la superconducción a temperatura ambiente.


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