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    Las franjas de cobre ayudan a bloquear el pnictide de hierro en estado aislante

    La nueva aleación del Rice Center for Quantum Material es el primer superconductor a base de hierro que se puede ajustar continuamente desde la fase superconductora hasta la fase de aislamiento Mott. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University

    Los físicos del Centro de Materiales Cuánticos (RCQM) de la Universidad de Rice han creado un nuevo material a base de hierro que ofrece pistas sobre los orígenes microscópicos de la superconductividad de alta temperatura.

    El material, una formulación de hierro, sodio, cobre y arsénico creados por el estudiante graduado de Rice Yu Song en el laboratorio del físico Pengcheng Dai, se describe esta semana en la revista Comunicaciones de la naturaleza .

    Dai dijo que la receta de Song, que consiste en mezclar ingredientes en una atmósfera de argón puro, sellarlos en botes de niobio y hornearlos a casi 1, 000 grados Celsius:produce una aleación en capas en la que el hierro y el cobre se separan en franjas alternas. Este trazado es fundamental para la utilidad del material a la hora de explicar los orígenes de la superconductividad de alta temperatura, dijo el director de RCQM, Qimiao Si.

    "Al formar este patrón regular, Yu Song ha eliminado físicamente el desorden del sistema, y eso es de vital importancia para poder decir algo significativo sobre lo que está sucediendo electrónicamente, "dijo Si, un físico teórico que ha trabajado para explicar los orígenes de la superconductividad de alta temperatura y fenómenos similares durante casi dos décadas.

    La superconductividad de alta temperatura se descubrió en 1986. Ocurre cuando los electrones se emparejan y fluyen libremente en aleaciones en capas como la nueva creación de Song. Se han creado decenas de aleaciones superconductoras de alta temperatura. La mayoría son cristales complejos que contienen un metal de transición, generalmente hierro o cobre, y otros elementos. Los superconductores de alta temperatura suelen ser conductores terribles a temperatura ambiente y solo se convierten en superconductores cuando se enfrían a una temperatura crítica.

    Yu Song, estudiante de posgrado de la Universidad de Rice, creó un nuevo material de hierro, sodio, cobre y arsénico que ofrece a los físicos pistas sobre los orígenes microscópicos de la superconductividad de alta temperatura. Crédito:Jeff Fitlow / Rice University

    "El problema central de la superconductividad de alta temperatura es comprender la relación precisa entre estos dos estados fundamentales de la materia y la transición de fase entre ellos, "dijo Dai, profesor de física y astronomía en Rice. "El cambio macroscópico es evidente, pero los orígenes microscópicos del comportamiento están abiertos a la interpretación, en gran parte porque hay muchas variables en juego, y la relación entre ellos es tanto sinérgica como no lineal ".

    Dai dijo que dos escuelas de pensamiento "se desarrollaron desde el comienzo de este campo. Una fue el campamento itinerante, que sostiene que ambos estados surgen en última instancia de electrones itinerantes. Después de todo, estos materiales son metales, incluso si pueden ser metales pobres ".

    El otro campamento es el campamento localizado, que sostiene que la física fundamentalmente nueva surge —debido a interacciones electrón-electrón— en el punto crítico en el que los materiales pasan de una fase a otra.

    Dai dijo que las mediciones del nuevo material de Song apoyan la teoría localizada. En particular, el nuevo material es el primer miembro de una clase de superconductores a base de hierro llamados pnictides (pronunciados NIK-mareas) que se pueden sintonizar entre dos fases en competencia:la fase superconductora en la que los electrones fluyen sin resistencia, y una fase de "aislamiento de Mott" en la que los electrones se bloquean en su lugar y no fluyen en absoluto.

    La estructura cristalina del nuevo material en capas incluye franjas alternas de hierro (azul) y cobre (rojo). El trazado de bandas es fundamental para la utilidad del material a la hora de explicar los orígenes de la superconductividad a alta temperatura. Crédito:Yu Song / Universidad Rice

    "El descubrimiento que hizo Yu Song es que este material está más correlacionado, que es evidente debido a la fase de aislamiento de Mott, "Dijo Dai." Esta es la primera vez que alguien ha informado de un superconductor a base de hierro que se puede sintonizar continuamente desde la fase superconductora a la fase de aislamiento de Mott ".

    Se tomaron muestras y se realizaron algunas pruebas en RCQM. Se realizaron pruebas adicionales en el Centro Canadiense de Rayos de Neutrones de Chalk River Laboratories en Ontario, el Centro de Investigación de Neutrones del Instituto Nacional de Estándares y Tecnología en Maryland, Laboratorio Nacional Brookhaven en Nueva York, El reactor de isótopos de alto flujo del Laboratorio Nacional Oak Ridge en Tennessee y la línea de luz de espectroscopias resonantes avanzadas del Instituto Paul Scherrer en Suiza.

    "En el papel, demostramos que si la interacción era débil, entonces incluso reemplazar el 50 por ciento del hierro con cobre todavía no sería suficiente para producir el estado aislante, "Si, dijo." El hecho de que nuestros experimentadores hayan logrado convertir el sistema para que sea aislante de Mott, por lo tanto, proporciona evidencia directa de fuertes interacciones electrón-electrón en pnictidos de hierro. Ese es un importante paso adelante porque sugiere que la superconductividad debería estar ligada a estas fuertes correlaciones de electrones ".

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