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Electrones en 2D

Observan un comportamiento bidimensional en un superconductor de tres dimensiones.

THOMAS FUCHS

Aunque la idea de un mundo oculto regido por leyes físicas exóticas parezca sacada de la ciencia ficción, los científicos acaban de descubrir un universo ignoto y aplanado en el seno de un material superconductor. En un artículo publicado en Proceedings of the National Academy of Sciences, un equipo de investigadores ha anunciado que los electrones de cierto material tridimensional se comportan como si el espacio tuviera solo dos dimensiones.

Nuestra vida transcurre en tres dimensiones espaciales. A pesar de ello, hace tiempo que los científicos saben diseñar materiales tan delgados que, de manera efectiva, se comportan como si solo tuvieran dos dimensiones. Sin embargo, no es eso lo que ahora han hecho los investigadores. Mientras trabajaban con un superconductor de bario, plomo, bismuto y oxígeno, hallaron algo extraño: aunque la muestra era plenamente tridimensional, al examinarla con un microscopio de efecto túnel hallaron que los electrones ignoraban la tercera dimensión y se confinaban en superficies perfectamente planas. «Los electrones superconductores adoptaron esa configuración bidimensional de manera espontánea, sin necesidad de ningún cambio físico o químico ni de ninguna preparación específica», señala Carolina Parra, primera autora del artículo y física de la Universidad Técnica Federico Santa María, en Valparaíso.

Los científicos ya habían considerado la posibilidad de que los electrones de dicho material presentaran un comportamiento bidimensional que no eran capaces de medir. Eso es lo que el nuevo trabajo ha confirmado de manera directa al «obtener información sobre los parámetros físicos de la muestra a escala atómica», explica Hari Manoharan, coautor del estudio y físico del Laboratorio Nacional de Aceleradores SLAC, en California.

Las planicies electrónicas reveladas por el nuevo trabajo constituyen prometedores bancos de pruebas para examinar las teorías que intentan explicar la superconductividad, asegura Nandini Trivedi, física de la Universidad Estatal de Ohio que no participó en la investigación. Trivedi estudia casos en los que los electrones de superconductores muy delgados forman islas de partículas estrechamente ligadas. El grupo de Manoharan observó que los electrones de su material se autoorganizaban del mismo modo y, de hecho, mostraban ese peculiar comportamiento en mayor medida que los materiales planos.

Determinar con precisión la dinámica de los electrones de un superconductor podría también impulsar el desarrollo de nuevos materiales de este tipo. La mayoría de superconductores conocidos hoy en día solo funcionan como tales si se enfrían a temperaturas del orden de unos 200 grados Celsius bajo cero, lo que limita sus aplicaciones. Sin embargo, los físicos aún ignoran qué alteraciones deberían producirse en general en tales materiales para que pudieran superconducir a temperatura ambiente, señala Paula Giraldo Gallo, física de la Universidad de los Andes en Bogotá y coautora del estudio. Algunos de los grupos de electrones estrechamente ligados que se observaron en el nuevo trabajo parecen superconducir a temperaturas inesperadamente altas. «Este material presenta el potencial de ser un superconductor de alta temperatura», explica Giraldo Gallo, «pero aún desconocemos la causa». La respuesta podría radicar en el mundo bidimensional revelado por el nuevo estudio.

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