Los físicos ofrecen una nueva teoría sobre los compuestos de hierro

La teoría hace predicciones sobre los últimos superconductores de alta temperatura.

Un equipo internacional de físicos de los Estados Unidos y China ofrecieron esta semana una nueva teoría para explicar y predecir el complejo comportamiento cuántico de una nueva clase de superconductores de alta temperatura.

Los hallazgos, que se publicaron on-line esta semana en Proceedings of the National Academy of Sciences, tratan de materiales conocidos como pníctidos de hierro. El descubrimiento de la superconductividad a alta temperatura en los pníctidos hace un año es de gran ayuda para los físicos que han sufrido durante más de una década para explicar el fenómeno basándose en observaciones de unos superconductores basados en el cobre conocidos como cupratos.

“Nuestra investigación aborda las fluctuaciones magnéticas cuánticas que se han observado en los pníctidos de hierro y ofrece una teoría para explicar las interacciones electrón-electrón que gobiernan este comportamiento”, dijo el coautor del estudio Qimiao Si, físico de la Universidad de Rice. “Los orígenes de la superconductividad se cree que tienen su raíz en estos efectos, por lo que comprenderlos es extremadamente importante”.

En el artículo de PNAS, Si y otros colaboradores de la Universidad de Rutgers, la Universidad de Zhejiang y el Laboratorio Nacional de Los Álamos explican algunas diferencias y similitudes entre los cupratos y los pníctidos. Bajo ciertas circunstancias, la ordenación atómica en ambos materiales provoca que los electrones se comporten de manera colectiva, marchando al mismo paso todos a la vez. Los físicos experimentales estudian cómo cambian la temperatura y el campo magnético y las causas probables para que cambien estos efectos de forma coordinada. También buscan cambios que surgen de las diferencias en la forma de preparar estos compuestos, tales como cuando se añaden otras sustancias mediante una técnica conocida como “dopado”.

“En los cupratos, los compuestos padre no son metálicos, y sólo se hacen superconductores cuando se dopan”, dijo el físico de la Universidad de Rutgers y coautor Elihu Abrahams. “Por el contrario, los compuestos padre de los pníctidos son metálicos, pero como los cupratos sin dopar exhiben una propiedad magnética cuántica conocida como antiferromagnetismo”.

Basándose en lo que se conoce sobre las interacciones electrón-electrón y sobre el antiferromagnetismo en otros metales, los autores corearon un marco de trabajo teórico para explicar el comportamiento de los pníctidos, ofreciendo unas predicciones específicas sobre cómo se comportarán cuando cambien de fase.

La materia normalmente se transforma cuando cambia de fase; la fusión del hielo, por ejemplo, marca el cambio del agua de una fase sólida a una líquida. En los materiales como los cupratos y pníctidos, la tendencia de los electrones a actuar de forma conjunta puede llevar a un cambio de fase “cuántico”,pasando de una fase a otra que surge completamente a parte del movimiento de las partículas subatómicas. El estudio de los “puntos críticos” cuánticos, los puntos de no retorno que marcan estos cambios de fase, se conoce como “criticalidad cuántica”.

“Nuestro trabajo abre a los pníctidos de hierro como una nueva forma de estudiar las ricas complejidades de la criticalidad cuántica”, dijo Si. “Esto es de gran necesidad, dado que los puntos críticos cuánticos, que se cree que son importantes para un amplio rango de materiales cuánticos, hasta ahora sólo se han observado en un pequeño número de materiales”.

La investigación fue patrocinada por la Fundación Nacional de Ciencia, el Departamento de Energía, la Fundación Robert A. Welch, la Fundación Nacional de ciencia Natural de China y el Ministerio de Educación de China. Los coautores del estudio incluyen a Jianhui Dai de la Universidad de Zhejiang en Hangzhou, China, y Jian-Xin Zhu del Laboratorio Nacional de Los Álamos.


Autor: Jade Boyd
Fecha Original: 12 de marzo de 2009
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