Ubicacion de átomos cruciales en los superconductores
Los científicos, dirigidos por el físico James C. Séamus Davis, del LASSP (Laboratory of Atomic and Solid State Physics) en la Universidad de Cornell, valiéndose de un microscopio STM especial, lograron identificar por vez primera la ubicación de los átomos individuales de oxígeno dentro de la estructura molecular de un superconductor en particular, y usaron la información para examinar cómo esos átomos afectan al flujo de corriente en su vecindad inmediata. Es un paso pequeño pero vital en la comprensión del funcionamiento de los superconductores.
Los superconductores son materiales que conducen la electricidad virtualmente sin resistencia. Los materiales, en este caso los compuestos basados en el cobre (cúpricos) dopados con átomos portadores de cargas como el oxígeno, enfriados a temperaturas sumamente bajas, son muy usados en sectores que van desde el médico hasta el militar. Pero todavía no se comprenden bien sus fundamentos físicos, lo que dificulta alcanzar la meta final, ya de por sí difícil, de crear un superconductor que funcione a temperatura ambiente.
Los investigadores han sospechado durante mucho tiempo que los átomos del dopado, cruciales para determinar la conductibilidad porque atraen electrones y dejan huecos positivamente cargados que permiten que la corriente fluya sin resistencia, son, por otro lado, contraproducentes, porque crean desorden electrónico a nivel atómico. Pero hasta ahora, nadie había podido mirar lo bastante de cerca la estructura atómica para confirmar esta correlación.
Los investigadores en Cornell afrontaron el problema preparando muestras de un superconductor de tipo cúprico, dopado con concentraciones diferentes de átomos de oxígeno. Usando el microscopio STM, que puede medir corrientes circulando a través de áreas menores de un nanómetro de extensión (el ancho de tres átomos de silicio), trazaron un mapa de los materiales según lo bien o mal que fluyó la corriente en cada punto. Encontraron correlación entre las ubicaciones de los átomos de oxígeno, y las áreas de desorden energético que ya habían identificado.
 | | J.C. Séamus Davis, en primer plano. (Foto: Chris Hallman/Cornell University ) |
Cuando los átomos del dopado están alejados, las ondas de electrones son homogéneas. Cuando los átomos del dopado están cercanos al área de conducción, sin embargo, las ondas se vuelven drásticamente heterogéneas, provocando el colapso de la superconductividad.
La superconductividad se logra emparejando dos electrones. "Es como un baile", compara Davis. "Si ponemos piedras en medio de un salón de baile, perturbaremos el patrón de movimientos de las parejas, y cuando hemos destruido todas las parejas de electrones, hemos destruido la superconductividad. Pero (y aquí se rompe un poco la analogía con el baile), las piedras, en este caso los átomos dopantes, son un requisito previo para que se inicie el baile de los electrones, así que eliminarlos no es una opción".
Otros centros que han trabajado en el estudio son la Universidad de California en Berkeley, el Instituto Japonés de Ciencia y Tecnología Industrial Avanzada, y la Universidad de Tokio.
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