La punta de cromo (Cr) con polarización de espín se escanea sobre el área superconductora de C 2 magnetismo, representados en el fondo (las áreas derecha e inferior de la imagen) con pares de electrones mostrados como esferas rojas acopladas. Justo debajo de la punta la corriente de espín polarizada induce localmente C 4 orden antiferromagnético (ilustrado con placas amarillas y azules), que permanece estable como se muestra registrado en el trazo de la punta de la izquierda. Por otra parte, la C 4 el orden se puede borrar cuando el área se trata térmicamente más allá de una temperatura más alta específica. Dado que las fluctuaciones de giro para este C 4 El orden no puede soportar el emparejamiento de electrones en la estructura típica de bandas de FeAs, se suprime la superconductividad, como se ilustra con los pares de electrones rotos en la región de la placa. Crédito:Jhinhwan Lee
Un grupo de investigadores de instituciones de Corea y Estados Unidos ha determinado cómo emplear un tipo de microscopía electrónica para hacer que las regiones dentro de un superconductor a base de hierro cambien entre estados superconductores y no superconductores. Este estudio, publicado en la edición del 1 de diciembre de Cartas de revisión física , es el primero de su tipo, y abre una puerta a una nueva forma de manipular y aprender sobre los superconductores.
Los superconductores a base de hierro, uno de los cuales fue estudiado en este trabajo, son una de varias clases de estos fascinantes materiales, que tienen la capacidad de conducir electricidad con una resistencia prácticamente nula por debajo de cierta temperatura. Los científicos todavía están trabajando en los complejos detalles a nivel atómico que subyacen a los comportamientos electrónicos y magnéticos de estos materiales. Los materiales a base de hierro, en particular, son conocidos por mostrar fenómenos intrigantes relacionados con los estados superconductores y magnéticos coexistentes.
Aquí, Los investigadores estudiaron un compuesto compuesto de estroncio (Sr), vanadio (V), oxígeno (O), hierro (Fe), y arsénico (As), con una estructura que consta de FeAs y Sr alternados 2 VO 3 capas. Probaron sus propiedades magnéticas y electrónicas con un microscopio de efecto túnel de barrido polarizado de espín (SPSTM), un dispositivo que pasa una punta de metal atómicamente afilada, de solo unos pocos átomos de ancho, sobre la superficie de una muestra. La punta y la muestra no se tocan, sino que se colocan en una proximidad de escala cuántica entre sí, de modo que un voltaje de polarización aplicado entre ellas hace que fluya una corriente entre la punta y la muestra. En este caso, la corriente está polarizada en espín, lo que significa que sus electrones tienden a tener el mismo giro:el minúsculo campo magnético transportado por un electrón que apunta "hacia arriba" o "hacia abajo", "como un imán de barra.
Típicamente, La capa de FeAs de este material es fuertemente superconductora y prefiere un cierto orden magnético, apodado C 2 pedido, que se refiere a cómo los campos magnéticos de sus átomos (que se deben, Sucesivamente, a espines de electrones). Los resultados del escaneo SPSTM muestran que la corriente de espín polarizada inyectada, cuando es suficientemente alto, induce un orden magnético diferente, C 4 pedido, en la capa FeAs. En esa misma área local, la superconductividad desaparece de alguna manera mágicamente.
"Hasta donde sabemos, nuestro estudio es el primer informe de una observación directa en el espacio real de este tipo de control mediante una sonda local, así como la primera demostración a escala atómica de la correlación entre magnetismo y superconductividad, "dijo el autor correspondiente del artículo, Jhinhwan Lee, un físico en el Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea, para Phys.org .
Lee y su grupo introdujeron nuevas formas de realizar SPSTM utilizando una punta antiferromagnética de cromo (Cr). Un antiferromagnet es un material en el que los campos magnéticos de sus átomos se ordenan en un patrón alterno de arriba hacia abajo, de modo que tiene un campo magnético disperso mínimo que puede matar inadvertidamente la superconductividad local (lo que puede suceder con puntas ferromagnéticas, como puntas de Fe, que utilizan otros investigadores de SPSTM). Compararon estos escaneos de punta de Cr con los tomados con una punta de tungsteno no polarizado (W). A tensiones de polarización bajas, las exploraciones de la superficie fueron cualitativamente idénticas. Pero a medida que se aumentó el voltaje con la punta de Cr, la superficie empezó a cambiar, revelando la C 4 simetría magnética. La C 4 el orden se mantuvo incluso cuando el voltaje se redujo de nuevo, aunque se borró cuando se recoció térmicamente (tratado térmicamente) más allá de una temperatura específica por encima de la cual desaparece cualquier orden magnético en la capa de FeAs.
Para estudiar la conexión entre el C 4 orden magnético y la supresión de la superconductividad, Lee y su grupo realizaron exploraciones SPSTM de alta resolución de la C 4 Estado con puntas de Cr y las comparó con simulaciones. Los resultados los llevaron a sugerir una posible explicación:que las fluctuaciones de espín de baja energía en el C 4 el estado no puede mediar el emparejamiento entre electrones. Esto es fundamental porque este emparejamiento de electrones, desafiando su impulso natural de repelerse, conduce a la superconductividad.
El emparejamiento basado en fluctuaciones de espín es una teoría del emparejamiento de electrones en superconductores basados en hierro; otro conjunto de teorías asume que las fluctuaciones en los orbitales de los electrones son la clave. Lee y su grupo creen que sus resultados parecen respaldar lo primero, al menos en este superconductor.
"Nuestros hallazgos pueden extenderse a estudios futuros en los que el magnetismo y la superconductividad se manipulen utilizando corrientes de espín polarizadas y no polarizadas, conduciendo a nuevos dispositivos de memoria antiferromagnéticos y transistores que controlan la superconductividad, "dijo Lee.
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