Ciencia Kanija

Un aislante topológico podría ayudar a probar la Teoría de Campo Cuántico.

Una oscura clase de materiales podrían usarse para simular una gran cantidad de partículas exóticas predichas por los físicos, pero nunca observadas.

Los resultados preliminares, presentados el 14 de marzo en la apertura de la reunión de la Sociedad Física Americana en Portland, Oregon, sugieren que se ha creado un trozo lo bastante grande de un ‘aislante topológico’ como para probar las extrañas predicciones de la Teoría de Campo Cuántico — una versión de la mecánica cuántica que se usa comúnmente en la física de partículas. La teoría predice la existencia de un número de partículas inusuales, que, de reproducirse en el material, podrían mostrarse útiles para aplicaciones futuras tales como ruptura de códigos en ordenadores cuánticos o en espintrónica — la electrónica que depende del espín de las partículas además de su carga.
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Átomos de potasio intercalados en cristales del compuesto orgánico piceno logran superconductividad a temperaturas relativamente altas.

La superconductividad es una de esas propiedades casi mágicas que parecen desafiar toda intuición sobre cómo debería funcionar el mundo físico. En un superconductor, las corrientes eléctricas fluyen sin resistencia — un electrón pasa sin impedimento a través del material como un torpedo a través de un océano sin fricción. Tras descubrir el fenómeno en 1911, el físico holandés Heike Kamerlingh Onnes demostró que una corriente eléctrica encerrada en un bucle superconductor de mercurio se mantendría fluyendo mucho después de que se eliminase el potencial; demostró su descubrimiento llevando tal corriente persistente de los Países Bajos a Inglaterra.
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El investigador Eugenio Coronado y su equipo del Instituto de Ciencia Molecular de la Universidad de Valencia han desarrollado a nivel químico un material superconductor y ferromagnético a la vez, dos propiedades incompatibles en la naturaleza. La información se ha presentado hoy durante un encuentro organizado por la Fundación Ramón Areces y el grupo editorial Nature, en el que diversos expertos han debatido sobre la revolución nanotecnológica.
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Los físicos se han preguntado desde hace tiempo si el hidrógeno, el elemento más abundante del universo, podría transformarse en un metal y posiblemente incluso en un superconductor — el esquivo estado en el cual los electrones puden fluir sin resistencia. Han especulado que, bajo ciertas condiciones de presión y temperatura, el hidrógeno podría ser compactado en un metal y posiblemente incluso en un superconductor, pero demostrar esto experimentalmente ha sido difícil. Los investigadores de alta presión, incluyendo a Ho-kwang (Dave) Mao de Carnegie, han modelado ahora tres aleaciones de metal densas en hidrógeno y han encontrado que hay tendencias de presiones y temperaturas asociadas con el estado superconductor — un enorme impulso en la comprensión de cómo podría aprovecharse este abundante material. El estudio se publica en la edición on-line anticipada del 25 de enero de 2010 de la revista Proceedings of the National Academy of Sciences.
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Científicos explican cómo puede ser posible que los planetas Urano y Neptuno tengan océanos de diamante líquido.

La investigación se llevó a cabo tomando medidas detalladas del punto de fusión del diamante. Cuando se funde un diamante se comporta como el agua durante su congelamiento y fusión, con formas sólidas flotando sobre la forma líquida. El diamante es un material muy duro, lo que hace difícil su fusión. Medir el punto de fusión del diamante es muy difícil debido a cuando se calienta a temperaturas tan altas el diamante cambia a grafito.
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Ciertas nanopartículas tienden a formar cúmulos de moleculares estables debido a que las fuerzas de Casimir entre ellas las repelen a cortas distancias pero las atraen en las grandes.

El Efecto Casimir es una fuente constante de fascinación para los físicos. El efecto existe debido a la naturaleza cuántica del vacío que está lleno de ondas electromagnéticas apareciendo y desapareciendo de la existencia.
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Nanocilindros de níquel magnéticos (defectos intencionados) depositados sobre la película de niobio superconductor. Los cilindros tienen un diámetro de 250 nm, una altura de 40 nm y están regularmente espaciados a una distancia de 400 nanometros.

La rectificación de corriente alterna y su conversión en corriente continua en semiconductores es bien conocida. Ahora, investigadores de la Universidad Autónoma de Madrid han descubierto en materiales superconductores bajo campo magnético una propiedad parecida: la aparición de un campo eléctrico permanente en el superconductor cuando por éste pasa una corriente alterna de muy alta frecuencia.

Recientemente se ha descubierto que en una película delgada superconductora podía observarse un campo eléctrico permanente cuando se inyectaba una corriente eléctrica alterna en el superconductor y éste estaba sometido a un campo magnético constante. Sin embargo, este efecto sólo se había observado en películas en las que, mediante técnicas modernas de preparación, se habían colocado defectos con una disposición asimétrica, y en el rango de frecuencias de uno a diez kilohercios.
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Una imagen de microscopio electrónico de barrido de la película de oro, la cual no deja pasar mucha luz a través de sus agujeros. Crédito: J. Braun et al.

La forma en que se mueve la luz, con su velocidad fija y su capacidad para actuar como onda o partícula, a menudo lleva a unas de las paradojas más curiosas de la física. Se ha encontrado una nueva: Haz agujeros en una película de oro tan fina que sea casi semitransparente, y pasará menos luz a través de ella.

Debido a su naturaleza ondulatoria, la luz normalmente no puede atravesar un agujero cuya anchura es menor que la longitud de onda. En 1998, no obstante, los investigadores descubrieron que la luz podía pasar a través de ciertos patrones de agujeros en finas plascas de metal. Los físicos imaginaron que la luz creaba ondas en los electrones del metal – llamados plasmones – que se mueven a través de la superficie del material de la misma forma que se mueven las olas en el agua. Los plasmones, que tienen longitudes de onda mucho más cortas que la de la luz, se acoplan entre sí a través de los diminutos agujeros que arrastran la luz. Una posible aplicación es usar los plasmones para construir curcuitos integrados ópticos que serían tan rápidos como la fibra óptica pero menos voluminosos.
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El compuesto basado en hidrógeno SiH4(H2)2 puede ser un sistema útil en el cual explorar el hidrógeno metálico. Crédito: Imagen con copyright de la Sociedad Física Americana [Ilustración: Alan Stonebraker after T. Strobel et al.]

El hidrógeno es el más común de los elementos del universo y es un gas aislante. El hidrógeno también es el más simple de los elementos: contiene un protón y un electrón.

Pero a altas presiones el hidrógeno puede transformarse en un superconductor y los científicos de la Institución Carnegie en Washington D.C, dicen que han descubierto un compuesto basado en hidrógeno que podría ser de ayuda en la búsqueda de formas metálicas y superconductoras de hidrógeno.
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A través de la analogía mecánico-óptica, los metamateriales y otros materiales ópticos avanzados pueden usarse para estudiar fenómenos celestes tales como los agujeros negros, atractores extraños y lentes gravitatorias. Aquí un metamaterial de aire y GaInAsP imita una esfera de fotones, uno de los fenómenos clave de los agujeros negros en su interacción con la luz.

Incluso Albert Einstein estaría impresionado. Su Teoría de la Relatividad General, la cual describe cómo la gravedad de un objeto masivo, tal como una estrella, puede curvar el espacio y el tiempo, ha sido usada con éxito para predecir tales observaciones astronómicas como la curvatura de la luz estelar por parte del Sol, pequeños desplazamientos en la órbita de Mercurio y el fenómeno conocido como lente gravitatoria. Hora, no obstante, puede que pronto sea posible estudiar los efectos de la relatividad general en experimentos de sobremesa en un laboratorio.

Xiang Zhang, científico del Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley del Departamento de Energía de los Estados Unidos (Berkeley Lab) y profesor de la Universidad de California en Berkeley, lideró un estudio en el que se determinó que la interacción de luz y materia con el espacio-tiempo, como predice la relatividad, puede estudiarse usando una nueva rama de materiales ópticos artificiales que tienen la extraordinaria característica de curvar la luz y otras formas de radiación electromagnética.
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