Los nuevos hallazgos de una colaboración internacional liderada por científicos canadienses pueden eventualmente conducir a una teoría de cómo se inicia la superconductividad a nivel atómico, un paso clave para comprender cómo aprovechar el potencial de los materiales que podrían proporcionar almacenamiento de energía sin pérdidas, trenes levitando y ultra-supercomputadoras rápidas.
El profesor David Hawthorn, el profesor Michel Gingras, el estudiante de doctorado Andrew Achkar y el becario postdoctoral Dr. Zhihao Hao del Departamento de Física y Astronomía de la Universidad de Waterloo han demostrado experimentalmente que las nubes de electrones en materiales superconductores pueden encajar en un orden alineado y direccionalllamado nematicidad.
"Se ha hecho evidente en los últimos años que los electrones involucrados en la superconductividad pueden formar patrones, rayas o tableros de ajedrez, y exhibir diferentes simetrías, alineándose preferentemente en una dirección", dijo el profesor Hawthorn. "Estos patrones y simetrías tienen importantesconsecuencias para la superconductividad: pueden competir, coexistir o posiblemente incluso mejorar la superconductividad ".
Sus resultados, publicados hoy en la revista ciencia , presentar la evidencia experimental más directa hasta la fecha de la nematicidad electrónica como una característica universal en superconductores de cuprato de alta temperatura.
"En este estudio, identificamos una alineación inesperada de los electrones, un hallazgo que probablemente sea genérico para los superconductores de alta temperatura y que, con el tiempo, puede convertirse en un ingrediente clave del problema", dijo el profesor Hawthorn.
La superconductividad, la capacidad de un material para conducir una corriente eléctrica con resistencia cero, se describe mejor como un estado exótico en superconductores de alta temperatura, difícil de predecir, y mucho menos de explicar.
Los científicos utilizaron una técnica novedosa llamada dispersión de rayos X suaves en el sincrotrón Canadian Light Source en Saskatoon para analizar la dispersión de electrones en capas específicas de la estructura cristalina de cuprato. Específicamente, el cuprato individual CuO 2 planos, donde tiene lugar la nematicidad electrónica, frente a las distorsiones cristalinas entre los planos de CuO2.
La nematicidad electrónica ocurre cuando los orbitales de los electrones se alinean como una serie de varillas, rompiendo su simetría unidireccional aparte de la simetría de la estructura cristalina.
El término "nematicidad" se refiere comúnmente a cuando los cristales líquidos se alinean espontáneamente bajo un campo eléctrico en pantallas de cristal líquido. En este caso, son los orbitales electrónicos los que entran en el estado nemático cuando la temperatura desciende por debajo de un punto crítico.
Los avances recientes en la superconductividad de alta temperatura han revelado una competencia compleja entre el estado superconductor y las fluctuaciones del orden de onda de la densidad de carga. Estas fluctuaciones periódicas en la distribución de las cargas eléctricas crean áreas donde los electrones se agrupan en nubes de alta densidad frente a nubes de baja densidad.un fenómeno que ahora se reconoce como genérico para los cupratos subdopados.
Los resultados de este estudio muestran que es probable que la nematicidad electrónica también se produzca en cupratos poco dopados. Comprender la relación de la nematicidad con el orden de onda de la densidad de carga, la superconductividad y la estructura cristalina de un material individual podría resultar importante para identificar los orígenes de las fases superconductora y las denominadas pseudoespacios..
Los autores también encontraron que la elección del material de dopaje afecta la transición al estado nemático. Los dopantes, como el estroncio, lantano e incluso el europio agregados a la red de cuprato, crean distorsiones en la estructura de la red que pueden fortalecer o debilitar la nematicidad yorden de onda de densidad de carga en la capa de CuO2.
Aunque todavía no hay una explicación acordada de por qué ocurre la nematicidad electrónica, en última instancia, puede presentar otra perilla para sintonizar en la búsqueda para lograr el objetivo final de un superconductor a temperatura ambiente.
"El trabajo futuro abordará cómo se puede ajustar la nematicidad electrónica, posiblemente con ventaja, modificando la estructura cristalina", dice Hawthorn.
Hawthorn y Gingras son miembros del Instituto Canadiense de Investigación Avanzada. Gingras ocupa la Cátedra de Investigación de Canadá en Teoría de la Materia Condensada y Mecánica Estadística y pasó un tiempo en el Instituto Perimetral de Física Teórica como investigador visitante mientras se realizaba este trabajo..
Otros colaboradores canadienses incluyen Canadian Light Source y H. Zhang y Y.-J. Kim de la Universidad de Toronto.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Waterloo . Original escrito por Victoria Van Cappellen y Rose Simone. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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