Entre todos los estados curiosos de la materia que pueden coexistir en un material cuántico, luchando por la preeminencia a medida que cambian la temperatura, la densidad electrónica y otros factores, algunos científicos creen que existe una yuxtaposición particularmente extraña en una única intersección de factores, llamada punto crítico cuánticoo QCP.
"Los puntos críticos cuánticos son un tema muy candente e interesante para muchos problemas", dice Wei-Sheng Lee, científico del personal del Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC del Departamento de Energía e investigador del Instituto de Stanford para Ciencias de Materiales y Energía SIMES. "Algunos sugieren que son incluso análogos a los agujeros negros en el sentido de que son singularidades - intersecciones puntuales entre diferentes estados de la materia en un material cuántico - donde se puede obtener todo tipo de comportamiento de electrones muy extraño a medida queacércate a ellos. "
Lee y sus colaboradores informaron en Física de la naturaleza hoy han encontrado pruebas sólidas de que existen QCP y sus fluctuaciones asociadas. Utilizaron una técnica llamada dispersión de rayos X inelástica resonante RIXS para probar el comportamiento electrónico de un material de óxido de cobre, o cuprato, que conduce electricidad con perfectaeficiencia a temperaturas relativamente altas.
Estos supuestos superconductores de alta temperatura son un campo de investigación bullicioso porque podrían dar lugar a una transmisión de energía sin desperdicio, sistemas de transporte energéticamente eficientes y otras tecnologías futuristas, aunque nadie conoce el mecanismo microscópico subyacente detrás de las altas temperaturas.superconductividad de temperatura aún. Si los QCP existen en los cupratos también es un tema muy debatido.
En experimentos en la Diamond Light Source del Reino Unido, el equipo enfrió el cuprato a temperaturas por debajo de 90 kelvin menos 183 grados Celsius, donde se convirtió en superconductor. Centraron su atención en lo que se conoce como orden de carga: rayas alternas en el materialdonde los electrones y sus cargas negativas son más densos o más escasos.
Los científicos excitaron el cuprato con rayos X y midieron la luz de rayos X que se dispersó en el detector RIXS. Esto les permitió trazar un mapa de cómo las excitaciones se propagaban a través del material en forma de vibraciones sutiles, o fonones, en ella red atómica del material, que son difíciles de medir y requieren herramientas de muy alta resolución.
Al mismo tiempo, los rayos X y los fonones pueden excitar electrones en las franjas de orden de carga, haciendo que las franjas fluctúen. Dado que los datos obtenidos por RIXS reflejan el acoplamiento entre el comportamiento de las franjas de carga y el comportamiento de lafonones, la observación de los fonones permitió a los investigadores medir también el comportamiento de las franjas de orden de carga.
Lo que los científicos esperaban ver es que cuando las franjas de orden de carga se debilitaban, sus excitaciones también se desvanecían. "Pero lo que observamos fue muy extraño", dijo Lee. "Vimos que cuando el orden de carga se debilitó en la superconducciónEstado, las excitaciones de orden de carga se hicieron más fuertes. Esto es una paradoja porque deberían ir de la mano, y eso es lo que la gente encuentra en otros sistemas de orden de carga ".
Agregó: "Que yo sepa, este es el primer experimento sobre el orden de carga que ha mostrado este comportamiento. Algunos han sugerido que esto es lo que sucede cuando un sistema está cerca de un punto crítico cuántico, donde las fluctuaciones cuánticas se vuelven tan fuertes que se derritenel orden de carga, al igual que el calentamiento del hielo, aumenta las vibraciones térmicas en su rígida red atómica y lo derrite en agua. La diferencia es que la fusión cuántica, en principio, ocurre a temperatura cero ". En este caso, dijo Lee, el orden de carga inesperadamente fuerteLas excitaciones observadas con RIXS fueron manifestaciones de esas fluctuaciones cuánticas.
Lee dijo que el equipo ahora está estudiando estos fenómenos en un rango más amplio de temperaturas y en diferentes niveles de dopaje, donde se agregan compuestos para cambiar la densidad de los electrones que se mueven libremente en el material, para ver si pueden concretar exactamentedonde el punto crítico cuántico podría estar en este material.
Thomas Devereaux, teórico de SIMES y autor principal del informe, señaló que muchas fases de la materia se pueden entrelazar en cupratos y otros materiales cuánticos.
"Los estados superconductores y magnéticos, las franjas de orden de carga, etc. están tan enredados que puedes estar en todos ellos al mismo tiempo", dijo. "Pero estamos atrapados en nuestra forma clásica de pensar que tienen que hacerlo.sea de una forma u otra ".
Aquí, dijo, "Tenemos un efecto, y Wei-Sheng está tratando de medirlo en detalle, tratando de ver qué está pasando".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Laboratorio Nacional Acelerador DOE / SLAC . Original escrito por Glennda Chui. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
Referencia de la revista :
cite esta página :