Un equipo internacional de científicos de Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf HZDR, el Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos y colegas de EE. UU. Y Suiza han combinado con éxito varias condiciones experimentales extremas de una manera completamente única, revelandointeresantes conocimientos sobre las misteriosas propiedades conductoras del metal cristalino CeRhIn5. En la revista Comunicaciones de la naturaleza , informan sobre su exploración de regiones previamente inexploradas del diagrama de fase de este metal, que se considera un sistema modelo prometedor para comprender los superconductores no convencionales.
"Primero, aplicamos una fina capa de oro a un monocristal microscópicamente pequeño. Luego, usamos un haz de iones para tallar pequeñas microestructuras. En los extremos de estas estructuras, colocamos cintas de platino ultrafinas para medir la resistencia a lo largo de diferentesdirecciones bajo presiones extremadamente altas, que generamos con una celda de presión de yunque de diamante. Además, aplicamos campos magnéticos muy potentes a la muestra a temperaturas cercanas al cero absoluto ".
Para la persona promedio, esto puede sonar como la fantasía caprichosa de un físico demasiado entusiasta, pero de hecho, es una descripción real del trabajo experimental realizado por el Dr. Toni Helm del Laboratorio de Alto Campo Magnético HLD de HZDR y sus colegas de Tallahassee, Los Álamos, Lausana y Dresde. Bueno, al menos en parte, porque esta descripción solo insinúa los muchos desafíos que implica combinar estos extremos al mismo tiempo. Este gran esfuerzo, por supuesto, no es un fin en sí mismo: los investigadores están tratando dellegar al fondo de algunas cuestiones fundamentales de la física del estado sólido.
La muestra estudiada es cer-rodio-indio-cinco CeRhIn5, un metal con propiedades sorprendentes que aún no se comprenden del todo. Los científicos lo describen como un conductor eléctrico no convencional con portadores de carga extremadamente pesados, en el que, bajo ciertas condiciones,La corriente eléctrica puede fluir sin pérdidas. Se supone que la clave de esta superconductividad radica en las propiedades magnéticas del metal. Los problemas centrales investigados por los físicos que trabajan con sistemas de electrones correlacionados incluyen: ¿Cómo se organizan colectivamente los electrones pesados? ¿Cómo puede esto causar magnetismo ysuperconductividad? ¿Y cuál es la relación entre estos fenómenos físicos?
Una expedición a través del diagrama de fases
Los físicos están particularmente interesados en el diagrama de fase del metal, una especie de mapa cuyas coordenadas son la presión, la fuerza del campo magnético y la temperatura. Para que el mapa sea significativo, los científicos deben descubrir tantas ubicaciones como sea posible en este sistema.de coordenadas, al igual que un cartógrafo que explora un territorio desconocido. De hecho, el diagrama emergente no es diferente al terreno de un paisaje.
A medida que reducen la temperatura a casi cuatro grados por encima del cero absoluto, los físicos observan el orden magnético en la muestra de metal. En este punto, tienen varias opciones: pueden enfriar la muestra aún más y exponerla a altas presiones,forzando una transición al estado superconductor. Si, por otro lado, solo aumentan el campo magnético externo a 600,000 veces la fuerza del campo magnético de la tierra, el orden magnético también se suprime; sin embargo, el material entra en un estado llamado "electrónicamentenemático. "
Este término está tomado de la física de los cristales líquidos, donde describe una cierta orientación espacial de moléculas con un orden de largo alcance en áreas más grandes. Los científicos asumen que el estado nemático electrónico está estrechamente relacionado con el fenómeno de la superconductividad no convencional.El entorno experimental en HLD proporciona las condiciones óptimas para un proyecto de medición tan complejo. Los grandes imanes generan pulsos relativamente duraderos y ofrecen suficiente espacio para métodos de medición complejos en condiciones extremas.
Los experimentos en el límite permiten vislumbrar el futuro
Los experimentos tienen algunas características especiales adicionales. Por ejemplo, trabajar con campos magnéticos de alta pulsación crea corrientes de Foucault en las partes metálicas de la instalación experimental, que pueden generar calor no deseado. Por lo tanto, los científicos han fabricado los componentes centrales a partir de unmaterial plástico que suprime este efecto y funciona de forma fiable cerca del cero absoluto. A través de la microfabricación mediante haces de iones enfocados, producen una geometría de muestra que garantiza una señal de medición de alta calidad.
"La microestructuración será mucho más importante en experimentos futuros. Es por eso que llevamos esta tecnología al laboratorio de inmediato", dice Toni Helm, y agrega: "Así que ahora tenemos formas de acceder y penetrar gradualmente en dimensiones donde juegan los efectos de la mecánica cuánticaun papel importante ". También está seguro de que los conocimientos que él y su equipo han adquirido contribuirán a la investigación de superconductores de alta temperatura o nuevas tecnologías cuánticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Helmholtz-Zentrum Dresden-Rossendorf . Original escrito por el Dr. Bernd Schröder. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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