Un punto de partida para el estudio de la superconductividad.

12 de enero de 2024

(Noticias NanworkLos físicos de RIKEN han encontrado una plataforma ideal para explorar el comportamiento de los electrones en la materia a medida que se acerca a la superconductividad (Revisión física b, «Estado nemático puro en el superconductor FeSe a base de hierro»). Esto podría ayudar en el desarrollo de nuevos superconductores que funcionen a temperaturas más favorables que los existentes.

Los superconductores transportan corriente eléctrica sin resistencia y se utilizan, por ejemplo, en potentes electroimanes y sensores magnéticos. Pero la superconductividad generalmente sólo ocurre a bajas temperaturas, por lo que los investigadores están buscando superconductores de alta temperatura que podrían abrir una gama mucho más amplia de aplicaciones. El objetivo final es encontrar materiales que sean superconductores a temperatura ambiente. Una micrografía electrónica de transmisión de un material sobre su sustrato.  Muestra la distribución de átomos de hierro en la capa delgada de seleniuro de hierro (izquierda) y átomos de lantano en el sustrato (derecha). Una micrografía electrónica de transmisión de un material sobre su sustrato. Muestra la distribución de átomos de hierro en la capa delgada de seleniuro de hierro (izquierda) y átomos de lantano en el sustrato (derecha). (©) Física. Rev.b)

La superconductividad en los llamados superconductores clásicos se produce cuando se acoplan electrones. Este acoplamiento evita que los electrones se dispersen mientras fluyen a través del material.

Algunos materiales, a medida que se acercan a este estado superconductor, entran en una “fase nemática” donde los electrones se alinean en líneas. «La nematicidad está estrechamente relacionada con la superconductividad», explica Yuya Kubota del Centro RIKEN SPring-8. «Sin embargo, la relación exacta entre nemática y superconductividad no se comprende completamente».

Para explorar esta relación, Kubota y sus colegas recurrieron a un material llamado seleniuro de hierro, que conduce electricidad sólo a una temperatura muy baja de -265 grados Celsius, sólo 8 grados por encima del cero absoluto. Pero la superconductividad a alta temperatura se puede lograr mediante presión o modificando la composición química del material, lo que puede señalar el camino hacia estrategias más generales para crear superconductores de alta temperatura.

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El seleniuro de hierro entra en su fase nemática aproximadamente a -183 °C. En esta etapa, la disposición de los átomos en la red cristalina del material cambia y algunos de los electrones pueden adoptar diferentes estados energéticos. Los investigadores han debatido durante mucho tiempo la importancia relativa de estos factores estructurales y electrónicos en la estimulación de la infección filamentosa.

Ahora el equipo de Kubota ha encontrado una respuesta. Estudiaron una capa muy fina de seleniuro de hierro sobre una base de aluminato de lantano, que suprimió el cambio estructural durante la transición a la fase nemática.

Los investigadores observaron todas las características electrónicas características de la transición a la fase nemática, aunque la estructura reticular permaneció igual. Esto indica que la fase nemática surge sólo de cambios en los estados de energía de electrones particulares.

Los investigadores esperan que el material de película delgada les permita explorar el comportamiento de los electrones en la fase nemática, sin el factor complicado de los cambios estructurales que lo acompañan. «Esto puede ayudarnos a lograr una comprensión más profunda de la relación entre nematicidad y superconductividad, y el mecanismo de la superconductividad», dice Kubota. «Esto, a su vez, podría acelerar la investigación hacia superconductores a temperatura ambiente».

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