Científicos de la Universidad de Chicago han sentado bases teóricas de un material conductor de electricidad y de energía con un 100% de eficiencia, sin perder nunca el calor o la fricción.
El avance, publicado el 18 de febrero en Physical Review B, sugiere un marco para un tipo de materia completamente nuevo, que podría tener aplicaciones tecnológicas muy útiles en el mundo real. Aunque la predicción se basa en la teoría, se están realizando esfuerzos para probarla experimentalmente.
«Comenzamos tratando de responder una pregunta realmente básica, para ver si era posible, pensamos que estas dos propiedades podrían ser incompatibles en un material», dijo el coautor y asesor de investigación David Mazziotti, profesor de Química y experto en estructura electrónica molecular.
«Pero para nuestra sorpresa, descubrimos que los dos estados en realidad se entrelazan en un nivel cuántico y, por lo tanto, se refuerzan mutuamente».
Dado que cada año se pierde una cantidad incalculable de energía de las líneas eléctricas, motores y maquinaria, los científicos están ansiosos por encontrar alternativas más eficientes.
«En muchos sentidos, esta es la pregunta más importante del siglo XXI: cómo generar y mover energía con una pérdida mínima», dijo Mazziotti.
Hace más de un siglo que conocemos los superconductores, un tipo de material que puede conducir electricidad para siempre con una pérdida casi nula.
Pero fue solo en los últimos años que los científicos lograron fabricar un material similar en el laboratorio que puede conducir energía con una pérdida casi nula, llamada condensado de excitón.
Pero tanto los superconductores como los condensados de excitón son materiales difíciles de fabricar y de seguir funcionando, en parte porque los científicos no entienden completamente cómo funcionan y la teoría detrás de ellos es incompleta. Sin embargo, sabemos que ambas implican la acción de la física cuántica.
El estudiante graduado LeeAnn Sager comenzó a preguntarse cómo se podrían generar los dos estados en el mismo material. El grupo de Mazziotti se especializa en explorar las propiedades y estructuras de materiales y productos químicos mediante el cálculo, por lo que comenzó a conectar diferentes combinaciones en un modelo de computadora.
«Examinamos muchas posibilidades y, para nuestra sorpresa, encontramos una región donde ambos estados podrían existir juntos», dijo.
Parece que en la configuración correcta, los dos estados en realidad se entrelazan, un fenómeno cuántico en el que los sistemas se unen de manera intangible.
Esto desafía la noción convencional de que los dos estados no están relacionados, y puede abrir un nuevo campo de condensados de doble excitón y par de fermiones.
Utilizando algunas matemáticas avanzadas, demostraron que gracias al entrelazamiento cuántico, los condensados duales deberían existir teóricamente incluso en el tamaño macroscópico, es decir, visible para el ojo humano.
«Esto implica que dichos condensados pueden ser realizables en materiales novedosos, como una doble capa de superconductores», dijo Sager.
Los científicos están trabajando con grupos experimentales para ver si la predicción se puede lograr en materiales reales. «Ser capaz de combinar la superconductividad y los condensados de excitón sería sorprendente para muchas aplicaciones: electrónica, espintrónica, computación cuántica», dijo Shiva Safaei, investigador postdoctoral y el tercer autor del artículo.
«Aunque este es un primer paso, parece extremadamente prometedor».
