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miércoles, 1 de marzo de 2017

Primera evidencia de superconductividad en quiralidad

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Han encontrado la primera evidencia de que la superconductividad, uno de los fenómenos más intrigantes y lucrativos de la física, puede ser de izquierda o derecha. O, más exactamente, que los materiales superconductores pueden mostrar quiralidad.

Material superconductor. Trevor Prentice / Flickr
La quiralidad se ve frecuentemente en la naturaleza, los materiales quirales son aquellos que tienen versiones de imagen especular de sí mismos que no son idénticas, similar a la mano izquierda y derecha. Pero hasta ahora, la quiralidad y la superconductividad (la capacidad de un material para transmitir electricidad a cero resistencia) nunca se habían encontrado en el mismo material.

Ahora, un equipo internacional de investigadores han observado una corriente superconductora que fluye en una sola dirección a través de un nanotubo quiral, la primera observación de un material quiral que actúa como superconductor.

Esto es importante, porque la superconductividad es uno de los fenómenos más deseados de la física. En este momento, vemos que esto sucede cuando enfriamos ciertos materiales a temperaturas muy frías, por debajo de los 5,8 K (-267 °C).

Cuando esto sucede, los materiales superconductores comienzan a transferirse electrones a través de ellos sin resistencia alguna, haciéndolos increíblemente poderosos.

La superconductividad ya se está utilizando para crear fuertes campos magnéticos en máquinas de resonancia magnética y trenes de levitación magnéticos, pero si los científicos pueden aprender a aprovecharlo a temperaturas más estables, podría revolucionar la forma en que transportamos electricidad a todo el mundo. Las redes actuales pierden hasta un 7 por ciento de su electricidad debido a la resistencia.

Es comprensible que, la superconductividad sea algo sobre lo que los científicos quieren aprender más. Antes de esto, la superconductividad sólo se había demostrado en materiales "aquirales", que son los que pueden voltearse y reflejarse de cualquier manera y siguen siendo idénticos. Eso significa que la corriente superconductora siempre se podía fluir sin resistencia en ambas direcciones.

Pero una gran cantidad de materiales por ahí que son quirales, y con efectos importantes, por lo que los científicos han estado investigando si cualquiera de estos también podría ser superconductivo. "Se sabe que la quiralidad de los materiales afecta a sus propiedades ópticas, magnéticas y eléctricas, causando una variedad de fenómenos no triviales", escriben los investigadores, dirigidos por Yoshihiro Iwasa de la Universidad de Tokio, Japón, en Nature Communications.

Una de las elecciones obvias para un superconductor quiral fueron los nanotubos de carbono, porque son quirales, superconductores, y comúnmente disponibles, como señala Lisa Zyga.

Sin embargo, en experimentos anteriores, sólo habían demostrado con éxito la superconductividad que ocurría en grupos de nanotubos, no en nanotubos individuales, algo que resulta necesario para determinar la quiralidad.

Ahora, Iwasa y su equipo, han logrado hacer precisamente eso.
"El significado más importante de nuestro trabajo es que la superconductividad es llevada a cabo, por primera vez, en un nanotubo individual", comentó Toshiya Ideue. "Nos permite buscar propiedades exóticas superconductoras originadas en la estructura característica (tubular o quiral)".

Para ello, utilizaron un material superconductor bidimensional llamado disulfuro de tungsteno. Ellos enfriaron un solo nanotubo de disulfuro de tungsteno hasta 5.8 K (-267 °C) e hicieron pasar una corriente a través de él, observaron entonces que se convirtió en superconductor, lo que significa que su resistencia normal se redujo a la mitad.
Quiralidad. Qin et al., Nature Communications
El equipo aplicó entonces un campo magnético paralelo al nanotubo, y observó pequeñas señales antisimétricas que sólo viajaban en una dirección.

"El transporte eléctrico asimétrico se realiza solamente cuando se aplica un campo magnético paralelo al eje del tubo", dijo Ideue. "Si no hay campo magnético, la corriente debe fluir simétricamente, observamos que la corriente eléctrica debe ser asimétrica (cuando el campo magnético se aplica paralelo al eje del tubo) incluso en estado normal (región no superconductora), pero todavía no podíamos ver cualquier señal discernible en su estado normal; curiosamente, muestra un gran aumento en la región superconductora ".

El equipo aún no está seguro de la causa exacta de estas señales asimétricas, pero su próximo objetivo es investigarlas más conforme comiencen a explorar la relación entre superconductividad y quiralidad. Si podemos deducirlo, podría ayudar a desbloquear el potencial de los "diodos" superconductores que sólo permiten que la electricidad fluya en una dirección, y así podrían constituir circuitos más sofisticados en el futuro.

Son los primeros días, pero ahora estamos entrando en una nueva fase de superconductividad. Siguiente paso: hacer que se produzca de forma estable a temperatura ambiente.


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Traducido por Pedro Donaire
Ref. Science Alert.com, 28 feb. 2017, por Fiona MacDonald
-Publicación: Nature Communications.

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