Un equipo de investigación dirigido por el Laboratorio Nacional Argonne del Departamento de Energía de EE. UU. DOE ha descubierto que solo la mitad de los átomos en algunos superconductores a base de hierro son magnéticos, lo que proporciona una demostración concluyente de las propiedades ondulantes del magnetismo metálico en estos materiales..
El descubrimiento permite una comprensión más clara del magnetismo en algunos compuestos de hierro, los arseniuros de hierro, y cómo ayuda a inducir la superconductividad, el flujo libre de resistencia de la corriente eléctrica a través de un material de estado sólido, que ocurre a temperaturas de hasta138 grados Kelvin, o menos -135 grados Celsius.
"Para poder diseñar materiales superconductores novedosos, uno debe comprender qué causa la superconductividad", dijo el físico principal de Argonne Raymond Osborn, uno de los investigadores principales del proyecto. "Comprender el origen del magnetismo es un primer paso vital hacia la obtención de uncomprensión de lo que hace que estos materiales sean superconductores. Dada la similitud con otros materiales, como los superconductores a base de cobre, nuestro objetivo era mejorar nuestra comprensión de la superconductividad de alta temperatura ".
Desde una perspectiva aplicada, tal entendimiento permitiría el desarrollo de sistemas magnéticos de almacenamiento de energía, baterías de carga rápida para autos eléctricos y una red eléctrica altamente eficiente, dijo el físico senior de Argonne, Stephan Rosenkranz, el otro investigador principal del proyecto.
Los superconductores reducen la pérdida de energía. El uso de materiales superconductores de alta temperatura en la red eléctrica, por ejemplo, reduciría significativamente la gran cantidad de electricidad que se pierde a medida que viaja a través de la red, lo que permite que la red funcione de manera más eficiente.
Los investigadores pudieron demostrar que el magnetismo en estos materiales fue producido por electrones móviles que no están unidos a un átomo de hierro en particular, produciendo ondas de magnetización en toda la muestra. Descubrieron que, en algunos arseniuros de hierro, dos ondas interfierencancelar, produciendo magnetización cero en algunos átomos. Esta interferencia cuántica, que nunca antes se había visto, fue revelada por la espectroscopía de Mössbauer, que es extremadamente sensible al magnetismo en cada sitio de hierro.
Los investigadores también utilizaron difracción de rayos X de alta resolución en la Fuente de fotones avanzada APS y difracción de neutrones en la Fuente de neutrones por espalación SNS del Laboratorio Nacional Oak Ridge para determinar las estructuras químicas y magnéticas y para mapear el diagrama de fase electrónico de lamuestras utilizadas. El APS y el SNS son instalaciones para usuarios de la Oficina de Ciencias del DOE.
"Al combinar la difracción de neutrones y la espectroscopia de Mössbauer, pudimos establecer sin ambigüedades que este nuevo estado de base magnético tiene una magnetización no uniforme que solo puede ser producida por electrones itinerantes. Estos mismos electrones son responsables de la superconductividad", dijo Rosenkranz..
La investigación está disponible en la edición en línea del 25 de enero de 2016 de Física de la naturaleza .
A continuación, Rosenkranz y Osborn planean caracterizar las excitaciones magnéticas, o fluctuaciones de los superconductores a base de hierro, para determinar cómo se relacionan y posiblemente causan la superconductividad.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Argonne . Original escrito por Angela Hardin. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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