Superinsuladores, Metales de Bose y Superconductores de Alta Tc: La física cuántica de los monopolos magnéticos emergentes

Título original:

Superinsulators, Bose Metals and High-Tc Superconductors: The Quantum Physics of Emergent Magnetic Monopoles

Contenido del libro:

En 1931 Dirac demostró que las cargas magnéticas únicas topológicamente cuantizadas, los monopolos magnéticos, aunque clásicamente prohibidas en una teoría gauge, están permitidas junto con las cargas eléctricas en una teoría cuántica del electromagnetismo. De hecho, estas excitaciones magnéticas topológicas se admiten en el espectro de la mayoría de las grandes teorías de campo unificado de interacciones elementales.

Sin embargo, a pesar de 40 años de esfuerzos dedicados a su búsqueda, nunca han aparecido en ningún experimento. Esto, sin embargo, no excluye la posibilidad de que los monopolos magnéticos topológicos se materialicen como excitaciones en estados emergentes de la materia condensada, donde serían mucho más ligeros y fáciles de crear. Este libro trata de los efectos físicos de tales monopolos magnéticos emergentes.

Éstos van desde un nuevo mecanismo para el emparejamiento local y fuerte de electrones, posiblemente relevante para la superconductividad de alta temperatura, hasta la formación de una nueva fase cuántica de la materia cuando los monopolos se condensan. En un condensado de este tipo, la interacción eléctrica se vuelve extremadamente fuerte, hasta el punto de que sólo sobreviven los estados neutros extendidos, con la consecuencia de una resistencia infinita, incluso a temperaturas finitas.

Este estado, denominado superinsulador, es un superconductor dual y se ha detectado experimentalmente en diversos materiales. En un superinsulador, la interacción eléctrica es análoga a la interacción fuerte que mantiene unidos a los quarks en los hadrones de color neutro. Aún más interesante es el caso en el que el condensado lleva carga magnética y eléctrica.

El estado resultante tiene propiedades que recuerdan sorprendentemente al misterioso estado de pseudogap de los superconductores de alta temperatura. Así pues, los monopolos magnéticos podrían haber estado ocultos a plena vista donde nadie los buscaba durante mucho tiempo.