Se detalla la relación entre superfluido y superconductor

Concepción artística de una estrella de neutrones

Los científicos han estudiado los superconductores y superfluidos durante décadas. Ahora, investigadores de la Universidad de Washington en St. Louis han esbozado la primera descripción detallada de la forma en que un superfluido influye en el comportamiento de un superconductor. Además de describir el comportamiento anteriormente desconocido del superconductor, estos cálculos podrían cambiar la comprensión científica del movimiento de las estrellas de neutrones.

Una estrella de neutrones, el remanente de alta densidad de una antigua estrella masiva, se cree que contiene un superfluido de neutrones y un superconductor de protones en su núcleo. A pesar del amplio acuerdo de que las estrellas de neutrones contienen ambos materiales, los superfluidos-superconductores no habían sido estudiando ampliamente.

“No mucha gente han pensado seriamente en las interacciones entre un superfluido y un supeconductor que co-existen como estos”, dijo Mark Alford, profesor asociado de física y autor principal del artículo publicado en el ejemplar de julio de Physical Review B, “Tienden a tratar los dos componentes de forma separada”.

Superfenómeno

Por separado, los dos fenómenos se comprenden bastante bien. Un superconductor permite el flujo de corriente sin resistencia. De forma similar un superfluido fluye sin fricción. Al contrario que los superconductores y los superfluidos, el superfluido-superconductor no existe en la Tierra. Pero comprender este comportamiento híbrido puede ser un primer paso hacia su creación en el laboratorio y comprender lo que sucede en el interior de las estrellas de neutrones.

Además de conducir la corriente sin resistencia, los superconductores también excluyen los campos magnéticos. Las estrellas de neutrones tienen campos magnéticos masivos, pero los científicos no saben cómo se comporta un superconductor en presencia de este campo, específicamente si es un superconductor de tipo I o II. Un superconductor de tipo I fuerza un campo magnético alrededor de su exterior. Un superconductor de tipo II, no obstante, llega a un acuerdo, permitiendo que el campo magnético pase a través de diminutos huecos no superconductores llamados tubos de flujo. Los superconductores de tipo II permiten una unidad de campo magnético por tubo de flujo.

Si un superconductor es de tipo I o II depende de un valor llamado kappa. Si kappa es mayor que un valor crítico fijo, el semiconductor es de tipo II. De la misma forma, si kappa es menor que este valor crítico, el superconductor es de tipo I. Añade un superfluido, sin embargo, y estos cálculos demuestran que el límite del superconductor se desplaza, cambiando los valores críticos de kappa causando un comportamiento exótico en el límite.

Viviendo al límite

Ariel Zhitnitsky de la Universidad de British Columbia fue el primero en informar de este desplazamiento del límite. Picados en su curiosidad por el desplazamiento, Alford y su colaborador, el estudiante graduado Gerald Good, decidieron echar un vistazo más cercano al límite.

“Encontramos que el límite no sólo se había desplazado, sino que aparecía un nuevo comportamiento cuando el superconductor estaba en el borde, entre el tipo I y II”, dijo Alford. Dado que los superconductores y los superfluidos son antiguos en la física, Alford añadió, “Quedamos sorprendidos de que hubiese algo nuevo en lo que ahondar”.

Para comprender el desplazamiento del límite, Alford y Good examinaron dos interacciones entre el superfluido y superconductor. El primero tenía un superconductor atrayendo o repeliendo un superfluido. El segundo tenía un superconductor en flujo provocando que un superfluido corriese hacia o contra él.

Comportamiento exótico y límite desplazado

Alford y Good encontraron que las dos interacciones superconductor-superfluido (atractiva/repulsiva y flujo) tenían efectos opuestos sobre el desplazamiento del límite y producían distintos, pero igualmente exóticos, comportamiento del límite.

La interacción atractiva/repulsiva incrementaba kappa, favoreciendo un superconductor de tipo I y creando estados intermedios de tipo II cerca del límite. Estos estados intermedios recuerdan al tipo II debido a que tienen tubos de flujo; pero extrañamente, aparece más de una unidad de campo magnético en cada uno. Dependiendo de los parámetros, existen un número infinito de estados intermedios de tipo II, con cualquier número de unidades de campo magnético en cada tubo de flujo.

Al contrario que la interacción atractiva/repulsiva, el flujo de interacción decrementó kappa, favoreciendo el superconductor de tipo II. En lugar de estados intermedios de tipo II, el flujo de interacción crea regiones meta-estables a ambos lado del límite. Específicamente, en esas regiones un superconductor que fuese de tipo II puede quedar como tipo I y viceversa. Un ejemplo común de este comportamiento es cuando, bajo ciertas condiciones, el agua permanece líquida a pesar de estar en temperaturas de congelación.

Pasando el testigo

Así como el trabajo de Zhitnitsky inspiró a Alford y Good a mirar más de cerca los límites del tipo I/II, este trabajo ya ha espoleado a otro en nuevas direcciones. Un grupo del Dartmouth College está confirmando algún comportamiento visto por Alford y Good, pero los resultados de Dartmouth favorecen un escenario distinto para las fases de tipo II intermedias.

El grupo de Dartmouth no está viendo múltiples unidades de campo magnético en un tubo de flujo, sino que los tubos de flujo están a una distancia fija (con una unidad de campo magnético cada uno). Estos tubos de flujo tienden a “pegarse” en lugar de dispersarse tanto como sea posible, como sucede en los superconductores normales de tipo II. Alford y Good dicen que no pueden descartar esta posibilidad debido a las limitaciones en el modelo simplificado y capacidad de cómputo.

“El grupo de Dartmouth está viendo fases intermedias similares”, dijo Good, “pero un comportamiento ligeramente distinto. Ese es el siguiente paso en nuestra investigación y ya se está realizados, lo cual es fantástico”.


Fecha Original: 2 de agosto de 2008
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Comments (2)

  1. Se detalla la relación entre superfluido y superconductor…

    Artículo traducido por Ciencia Kanija sobre los estudios de la Universidad de Washington en St. Louis que relacionan la superfluidez con la superconducción….

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