Durante años, los físicos han estado tratando de descifrar los detalles electrónicos de los superconductores de alta temperatura. Estos materiales podrían revolucionar la transmisión de energía y la electrónica debido a su capacidad de transportar corriente eléctrica sin pérdida de energía cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura. Detalles de "alta-La estructura electrónica microscópica de los superconductores "TC" podría revelar cómo las diferentes fases estados de la materia compiten o interactúan con la superconductividad, un estado en el que los electrones con carga similar superan de alguna manera su repulsión para emparejarse y fluir libremente. El objetivo final es comprendercómo hacer que estos materiales actúen como superconductores sin la necesidad de un sobreenfriamiento.
Ahora, los científicos que estudian superconductores de alta Tc en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Tienen evidencia definitiva de la existencia de un estado de la materia conocido como onda de densidad de pares, predicho por primera vez por los teóricos hace unos 50 años. Sus resultados, publicadosen la revista Nature, demuestre que esta fase coexiste con la superconductividad en un conocido superconductor de óxido de cobre a base de bismuto.
"Esta es la primera evidencia espectroscópica directa de que la onda de densidad de pares existe en un campo magnético cero", dijo Kazuhiro Fujita, el físico que dirigió la investigación en Brookhaven Lab. "Hemos identificado que la onda de densidad de pares juega un papel importante"en este material. Nuestros resultados muestran que estos dos estados de la materia: onda de densidad de pares y superconductividad, coexisten e interactúan ".
Los resultados del equipo provienen de mediciones de espectros de tunelización de electrones individuales utilizando un microscopio de túnel de exploración de imágenes espectroscópicas SI-STM de última generación en el laboratorio OASIS de Brookhaven.
"Lo que medimos es cuántos electrones en una ubicación dada 'túnel' desde la superficie de la muestra a la punta del electrodo superconductor del SI-STM y viceversa a medida que variamos la energía voltaje entre la muestra y la punta".Fujita dijo: "Con esas mediciones podemos mapear la red cristalina y la densidad de electrones de los estados, así como la cantidad de electrones que tenemos en una ubicación determinada".
Cuando el material no es superconductor, los electrones existen en un espectro continuo de energías, cada uno propagándose en su propia longitud de onda única. Pero cuando la temperatura baja, los electrones comienzan a interactuar, apareándose cuando el material entra en el estado superconductor.Cuando esto sucede, los científicos observan una brecha en el espectro de energía, creado por la ausencia de electrones dentro de ese rango de energía en particular.
"La energía de la brecha es igual a la energía que se necesita para separar los pares de electrones lo que te dice qué tan unidos estaban", dijo Fujita.
A medida que los científicos escaneaban la superficie del material, detectaron estructuras de espacio de energía que modulan espacialmente. Estas modulaciones en el espacio de energía revelaron que la fuerza de la unión de los electrones varía, aumentando al máximo y luego bajando al mínimo.con este patrón que se repite cada ocho átomos a través de la superficie de la red cristalina ordenada regularmente.
Este trabajo se basó en mediciones previas que muestran que la corriente creada por los pares de electrones que tunelan en el microscopio también varió de la misma manera periódica. Esas modulaciones en la corriente fueron la primera evidencia, aunque algo circunstancial, de que la onda de densidad de pares estaba presente.
"Las modulaciones en la corriente de los electrones emparejados es un indicador de que hay modulaciones en qué tan fuertemente emparejados están los electrones a través de la superficie. Pero esta vez, midiendo el espectro de energía de electrones individuales, logramos medir directamente la brecha de modulaciónen los espectros donde se produce el emparejamiento. Las modulaciones en el tamaño de esos espacios son evidencia espectroscópica directa de que existe el estado de onda de densidad de pares ", dijo Fujita.
Los nuevos resultados también incluyeron evidencia de otras firmas clave de la onda de densidad de pares, incluidos los defectos llamados "semivórtices", así como sus interacciones con la fase superconductora.
Además, las modulaciones de la brecha de energía reflejan otra investigación de Brookhaven Lab que indica la existencia de patrones de modulación de características electrónicas y magnéticas, a veces denominadas "franjas", que también ocurren con una periodicidad de celda de ocho unidades en ciertos niveles altos-Tc superconductores cuprate.
"Juntos, estos hallazgos indican que la onda de densidad de pares juega un papel importante en las propiedades superconductoras de estos materiales. Comprender este estado puede ayudarnos a entender el complejo diagrama de fases que describe cómo emergen las propiedades superconductoras en diferentes condiciones, incluida la temperatura,campo magnético y densidad de portador de carga ", dijo Fujita.
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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