Los científicos que mapean las características cuánticas de los superconductores, materiales que conducen electricidad sin pérdida de energía, han entrado en un nuevo régimen. Utilizando herramientas recientemente conectadas llamadas OASIS en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de los Estados Unidos, han descubierto previamente inaccesiblesdetalles del "diagrama de fase" de uno de los superconductores de "alta temperatura" más comúnmente estudiados. Los datos recientemente mapeados incluyen señales de lo que sucede cuando la superconductividad desaparece.
"En términos de superconductividad, esto puede sonar mal, pero si estudias algún fenómeno, siempre es bueno poder abordarlo desde su origen", dijo el físico de Brookhaven Tonica Valla, quien dirigió el estudio recién publicado en la revistaNature Communications: "Si tiene la oportunidad de ver cómo desaparece la superconductividad, eso a su vez podría dar una idea de las causas de la superconductividad".
Desbloquear los secretos de la superconductividad es muy prometedor para abordar los desafíos energéticos. Los materiales capaces de transportar corriente a largas distancias sin pérdida revolucionarían la transmisión de energía, eliminarían la necesidad de enfriar centros de datos llenos de computadoras y conducirían a nuevas formas de almacenamiento de energía, por ejemplo. El problema es que, en la actualidad, los superconductores más conocidos, incluso las variedades de "alta temperatura", deben mantenerse súper fríos para realizar su magia portadora de corriente. Por lo tanto, los científicos han estado tratando de comprender las características claveque causan superconductividad en estos materiales con el objetivo de descubrir o crear nuevos materiales que puedan operar a temperaturas más prácticas para estas aplicaciones cotidianas.
El equipo de Brookhaven estaba estudiando un conocido superconductor de alta temperatura hecho de capas que incluyen óxido de bismuto, óxido de estroncio, calcio y óxido de cobre abreviado como BSCCO. La división de cristales de este material crea óxido de bismuto prístinoCuando analizaron la estructura electrónica de la superficie prístina escindida, vieron signos reveladores de superconductividad a una temperatura de transición Tc de 94 Kelvin -179 grados Celsius, la temperatura más alta a la que se establece la superconductividad para este pozo.material estudiado.
El equipo luego calentó muestras en ozono O 3 y descubrieron que podían alcanzar altos niveles de dopaje y explorar partes previamente inexploradas del diagrama de fase de este material, que es un gráfico similar a un mapa que muestra cómo el material cambia sus propiedades a diferentes temperaturas en diferentes condiciones de forma similar a como puede hacerlomapear las coordenadas de temperatura y presión en las cuales el agua líquida se congela cuando se enfría, o cambia a vapor cuando se calienta.En este caso, la variable en la que los científicos estaban interesados era cuántas vacantes de carga o "agujeros" se agregaron o "doparon" en el material por la exposición al ozono.Los agujeros facilitan el flujo de corriente al darles a las cargas electrones un lugar a donde ir.
"Para este material, si comienzas con el cristal del compuesto 'padre', que es un aislante lo que significa que no hay conductividad, la introducción de agujeros da como resultado una superconductividad", dijo Valla. A medida que se agregan más agujeros, la superconductividad se vuelvemás fuerte y a temperaturas más altas hasta un máximo de 94 Kelvin, explicó. "Luego, con más agujeros, el material se 'sobre-dopa', y la Tc baja - para este material, a 50 K.
"Hasta este estudio, no se sabía nada más allá de ese punto porque no podíamos dopar los cristales por encima de ese nivel. Pero nuestros nuevos datos nos llevan a un punto de dopaje más allá del límite anterior, a un punto donde Tc no es medible"
Dijo Valla, "Eso significa que ahora podemos explorar toda la curva de superconductividad en forma de cúpula en este material, que es algo que nadie ha podido hacer antes".
El equipo creó muestras calentadas al vacío para producir material poco doblado y en ozono para hacer muestras exageradas y trazó puntos a lo largo de todo el domo superconductor. Descubrieron algunas características interesantes en el "lado lejano" de la fase, previamente inexplorado.diagrama.
"Lo que vimos es que las cosas se vuelven mucho más simples", dijo Valla. Algunas de las características más peculiares que existen en el lado bien explorado del mapa y complican la comprensión de los científicos de la superconductividad a alta temperatura, cosas como un "pseudogap""en la firma electrónica, y las variaciones en el giro de partículas y las densidades de carga, desaparecen en el extremo lejano exagerado del domo.
"Este lado del diagrama de fase es algo parecido a lo que esperamos ver en una superconductividad más convencional", dijo Valla, refiriéndose a los superconductores basados en metal más antiguos conocidos.
"Cuando la superconductividad está libre de estas otras cosas que complican la imagen, entonces lo que queda es la superconductividad que quizás no sea tan poco convencional", agregó. "Todavía podríamos no saber su origen, pero en este lado del diagrama de fases, parece algo que la teoría puede manejar más fácilmente, y le brinda una forma más simple de ver el problema para tratar de comprender lo que está sucediendo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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