Desde que se descubrieron por primera vez los superconductores de cuprato (que contienen cobre) en 1986, han desconcertado mucho a los investigadores. Los superconductores de cuprato tienen temperaturas superconductoras críticas, el punto en el que su resistencia eléctrica cae a cero, de hasta 138 K a presión ambiente. que supera con creces las temperaturas críticas de otros superconductores y es incluso más alta de lo que se cree posible según la teoría.

Ahora en un nuevo estudio, Los investigadores han descubierto la existencia de un circuito de retroalimentación positiva que mejora gratamente la superconductividad de los cupratos y puede arrojar luz sobre los orígenes de la superconductividad de cuprato a alta temperatura, considerada una de las cuestiones abiertas más importantes de la física.

Los investigadores, Haoxiang Li y col., en la Universidad de Colorado en Boulder y la École Polytechnique Fédérale de Lausanne, han publicado un artículo sobre sus resultados experimentales ARPES (Espectroscopía de fotoemisión resuelta en ángulo) sobre superconductores de cuprato de alta temperatura en una edición reciente de Comunicaciones de la naturaleza .

Como explican los investigadores, el mecanismo de retroalimentación positiva surge del hecho de que los electrones en el estado cuprato no superconductor están correlacionados de manera diferente que en la mayoría de los otros sistemas, incluso en superconductores convencionales, que tienen correlaciones electrónicas fuertemente coherentes. A diferencia de, los cupratos en su estado no superconductor tienen correlaciones de "metales extraños" fuertemente incoherentes, que se eliminan al menos parcialmente o se debilitan cuando los cupratos se vuelven superconductores.

Debido a estas correlaciones de electrones incoherentes, Se ha creído ampliamente que el marco que describe la superconductividad convencional, que se basa en la noción de cuasipartículas, no puede describir con precisión la superconductividad de cuprato. De hecho, Algunas investigaciones han sugerido que los superconductores de cuprato tienen propiedades electrónicas tan inusuales que incluso intentar describirlos con la noción de partículas de cualquier tipo resulta inútil.

Esto lleva a la pregunta de qué papel, Si alguna, ¿Cuáles son las correlaciones de metales extraños en la superconductividad de cuprato de alta temperatura?

El resultado principal del nuevo artículo es que estas correlaciones no desaparecen simplemente en el estado superconductor de cuprato, sino que se convierten en correlaciones coherentes que conducen a una mejora del emparejamiento de electrones superconductores. Este proceso da como resultado un ciclo de retroalimentación positiva, en el que la conversión de las correlaciones incoherentes de metales extraños en un estado coherente aumenta el número de pares de electrones superconductores, que a su vez conduce a una mayor conversión, etcétera.

Los investigadores encontraron que, debido a este mecanismo de retroalimentación positiva, la fuerza de las correlaciones de electrones coherentes en el estado superconductor no tiene precedentes, superando en gran medida lo que es posible para los superconductores convencionales. Una interacción de electrones tan fuerte también abre la posibilidad de que la superconductividad de cuprato pueda ocurrir debido a un mecanismo de emparejamiento completamente poco convencional, un mecanismo de emparejamiento puramente electrónico que podría surgir únicamente debido a fluctuaciones cuánticas.

"Descubrimos experimentalmente que las correlaciones de electrones incoherentes en el 'estado normal' del metal extraño se convierten en correlaciones coherentes en el estado superconductor que ayudan a fortalecer la superconductividad, con el consiguiente ciclo de retroalimentación positiva, ", dijo el coautor Dan Dessau de la Universidad de Colorado en Boulder Phys.org . "Un circuito de retroalimentación positiva tan fuerte debería fortalecer la mayoría de los mecanismos de emparejamiento convencionales, pero también podría permitir un mecanismo de emparejamiento realmente poco convencional (puramente electrónico)".

Asombrosamente, Los investigadores también encontraron que podían describir sus resultados experimentales utilizando un enfoque semi-convencional similar a una cuasipartícula, a pesar de que los superconductores de cuprato se comportan de manera muy diferente a otros materiales.

En el futuro, los investigadores planean investigar si este mecanismo de retroalimentación positiva se puede integrar en otros materiales, quizás conduciendo a nuevos tipos de superconductores de alta temperatura.

"Podemos buscar ciclos de retroalimentación positiva similares en materiales relacionados, y también puede utilizar las técnicas basadas en ARPES recientemente desarrolladas para sondear los detalles de las correlaciones electrónicas con mayor detalle, "Dijo Li.

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