Hasta ahora, la historia de los materiales superconductores ha sido una historia de dos tipos: onda S y onda D.
Ahora, los investigadores de Cornell, dirigidos por Brad Ramshaw, profesor asistente de Dick & Dale Reis Johnson en la Facultad de Artes y Ciencias, han descubierto un posible tercer tipo: onda g.
Su artículo, "Evidencia termodinámica para un parámetro de orden superconductor de dos componentes en Sr2RuO4", publicado el 21 de septiembre en Física de la naturaleza . El autor principal es el estudiante de doctorado Sayak Ghosh, MS '19.
Los electrones en los superconductores se mueven juntos en lo que se conoce como pares de Cooper. Este "emparejamiento" dota a los superconductores con su propiedad más famosa, sin resistencia eléctrica, porque, para generar resistencia, los pares de Cooper deben separarse,y esto requiere energía.
En los superconductores de onda S, generalmente materiales convencionales, como plomo, estaño y mercurio, los pares de Cooper están formados por un electrón apuntando hacia arriba y el otro apuntando hacia abajo, ambos moviéndose de frente uno hacia el otro, sin ángulos netosEn las últimas décadas, una nueva clase de materiales exóticos ha exhibido lo que se llama superconductividad de onda d, por lo que los pares de Cooper tienen dos cuantos de momento angular.
Los físicos han teorizado la existencia de un tercer tipo de superconductor entre estos dos estados denominados "singlete": un superconductor de onda p, con un quanta de momento angular y los electrones emparejados con espines paralelos en lugar de antiparalelos. Este espín-El superconductor triplete sería un gran avance para la computación cuántica porque puede usarse para crear fermiones de Majorana, una partícula única que es su propia antipartícula.
Durante más de 20 años, uno de los principales candidatos para un superconductor de onda p ha sido el rutenato de estroncio Sr2RuO4, aunque investigaciones recientes han comenzado a hacer agujeros en la idea.
Ramshaw y su equipo se propusieron determinar de una vez por todas si el rutenato de estroncio es un superconductor de onda p muy deseado. Usando espectroscopía de ultrasonido resonante de alta resolución, descubrieron que el material es potencialmente un tipo de superconductor completamente nuevo: g-ola.
"Este experimento realmente muestra la posibilidad de este nuevo tipo de superconductor en el que nunca habíamos pensado antes", dijo Ramshaw. "Realmente abre el espacio de posibilidades de lo que puede ser un superconductor y cómo puede manifestarse. Sisiempre lograremos controlar los superconductores y usarlos en tecnología con el tipo de control afinado que tenemos con los semiconductores, realmente queremos saber cómo funcionan y en qué variedades y sabores vienen ".
Como en proyectos anteriores, Ramshaw y Ghosh utilizaron espectroscopia de ultrasonido resonante para estudiar las propiedades de simetría de la superconductividad en un cristal de rutenato de estroncio que fue cultivado y cortado con precisión por colaboradores del Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos en Alemania.
Sin embargo, a diferencia de los intentos anteriores, Ramshaw y Ghosh encontraron un problema significativo al intentar realizar el experimento.
"Enfriar el ultrasonido resonante a 1 kelvin menos 457,87 grados Fahrenheit es difícil y tuvimos que construir un aparato completamente nuevo para lograrlo", dijo Ghosh.
Con su nueva configuración, el equipo de Cornell midió la respuesta de las constantes elásticas del cristal, esencialmente la velocidad del sonido en el material, a una variedad de ondas de sonido a medida que el material se enfriaba a través de su transición superconductora a 1.4 kelvin menos 457grados Fahrenheit.
"Estos son, con mucho, los datos de espectroscopia de ultrasonido resonante de mayor precisión jamás tomados a estas bajas temperaturas", dijo Ramshaw.
Basándose en los datos, determinaron que el rutenato de estroncio es lo que se llama un superconductor de dos componentes, lo que significa que la forma en que los electrones se unen es tan compleja que no se puede describir con un solo número; también necesita una dirección.
Estudios anteriores habían utilizado la espectroscopia de resonancia magnética nuclear RMN para reducir las posibilidades de qué tipo de material de onda podría ser el rutenato de estroncio, eliminando efectivamente la onda p como una opción.
Al determinar que el material era de dos componentes, el equipo de Ramshaw no solo confirmó esos hallazgos, sino que también mostró que el rutenato de estroncio tampoco era un superconductor convencional de ondas s o d.
"El ultrasonido resonante realmente te permite entrar e incluso si no puedes identificar todos los detalles microscópicos, puedes hacer declaraciones generales sobre cuáles están descartados", dijo Ramshaw. "Entonces, las únicas cosas en las que los experimentos son consistentescon estas cosas muy, muy raras que nadie ha visto antes. Una de las cuales es la onda g, que significa momento angular 4. Nadie ha pensado nunca que habría un superconductor de onda g ".
Ahora los investigadores pueden usar la técnica para examinar otros materiales y averiguar si son candidatos potenciales a la onda p.
Sin embargo, el trabajo sobre el rutenato de estroncio no ha terminado.
"Este material está extremadamente bien estudiado en muchos contextos diferentes, no solo por su superconductividad", dijo Ramshaw. "Entendemos qué tipo de metal es, por qué es un metal, cómo se comporta cuando cambia la temperatura, cómose comporta cuando cambia el campo magnético. Por lo tanto, debería poder construir una teoría de por qué se convierte en un superconductor mejor aquí que en cualquier otro lugar ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Cornell . Original escrito por David Nutt. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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