Los científicos que mapean las características cuánticas de los superconductores, materiales que conducen electricidad sin pérdida de energía, han entrado en un nuevo régimen. Usando herramientas recientemente conectadas llamadas OASIS en el Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., han descubierto detalles previamente inaccesibles del "diagrama de fase" de uno de los superconductores de "alta temperatura" más comúnmente estudiados. Los datos recién mapeados incluyen señales de lo que sucede cuando la superconductividad desaparece.

"En términos de superconductividad, esto puede sonar mal pero si estudias algún fenómeno, siempre es bueno poder abordarlo desde su origen, "dijo la física de Brookhaven Tonica Valla, quién dirigió el estudio recién publicado en la revista Comunicaciones de la naturaleza . "Si tienes la oportunidad de ver cómo desaparece la superconductividad, eso, a su vez, podría dar una idea de las causas de la superconductividad en primer lugar ".

Desvelar los secretos de la superconductividad es muy prometedor para abordar los desafíos energéticos. Los materiales capaces de transportar corriente a largas distancias sin pérdidas revolucionarían la transmisión de energía. eliminar la necesidad de enfriar los centros de datos llenos de computadoras, y dar lugar a nuevas formas de almacenamiento de energía, por ejemplo. El problema es que en el presente, superconductores más conocidos, incluso las variedades de "alta temperatura", ellos mismos deben mantenerse súper fríos para realizar su magia portadora de corriente. Entonces, Los científicos han estado tratando de comprender las características clave que causan la superconductividad en estos materiales con el objetivo de descubrir o crear nuevos materiales que puedan operar a temperaturas más prácticas para estas aplicaciones cotidianas.

El equipo de Brookhaven estaba estudiando un conocido superconductor de alta temperatura hecho de capas que incluyen óxido de bismuto, óxido de estroncio, calcio, y óxido de cobre (abreviado como BSCCO). La división de cristales de este material crea superficies prístinas de óxido de bismuto. Cuando analizaron la estructura electrónica de la prístina superficie escindida, vieron signos reveladores de superconductividad a una temperatura de transición (Tc) de 94 Kelvin (-179 grados Celsius), la temperatura más alta a la que se establece la superconductividad para este material tan estudiado.

Luego, el equipo calentó muestras en ozono (O3) y descubrió que podían alcanzar altos niveles de dopaje y explorar partes previamente inexploradas del diagrama de fases de este material. que es un gráfico similar a un mapa que muestra cómo el material cambia sus propiedades a diferentes temperaturas en diferentes condiciones (similar a la forma en que puede trazar las coordenadas de temperatura y presión en las que el agua líquida se congela cuando se enfría, o cambia a vapor cuando se calienta). En este caso, la variable que interesaba a los científicos era cuántas vacantes cobran, o "agujeros, " fueron agregados, o "dopado" en el material por la exposición al ozono. Los agujeros facilitan el flujo de corriente al dar a las cargas (electrones) un lugar adonde ir.

"Para este material, si comienza con el cristal del compuesto 'padre', que es un aislante (es decir, sin conductividad), la introducción de agujeros da como resultado superconductividad, "Dijo Valla. A medida que se agregan más agujeros, la superconductividad se vuelve más fuerte y a temperaturas más altas hasta un máximo de 94 Kelvin, él explicó. "Luego, con más agujeros, el material se vuelve 'sobredopado, 'y Tc baja, para este material, hasta 50 K.

"Hasta este estudio, no se supo nada más allá de ese punto porque no pudimos dopar cristales por encima de ese nivel. Pero nuestros nuevos datos nos llevan a un punto de dopaje mucho más allá del límite anterior, hasta un punto en el que Tc no es medible ".

Dijo Valla, "Eso significa que ahora podemos explorar toda la curva de superconductividad en forma de cúpula en este material, que es algo que nadie ha podido hacer antes ".

El equipo creó muestras calentadas al vacío (para producir material subdopado) y en ozono (para hacer muestras sobredopadas) y trazó puntos a lo largo de toda la cúpula superconductora. Descubrieron algunas características interesantes en el "lado lejano" previamente inexplorado del diagrama de fase.

"Lo que vimos es que las cosas se vuelven mucho más simples, "Dijo Valla. Algunas de las características más extravagantes que existen en el lado bien explorado del mapa y complican la comprensión de los científicos de la superconductividad de alta temperatura, cosas como un" pseudogap "en la firma electrónica, y las variaciones en el giro de las partículas y las densidades de carga, desaparecen en el lado más alejado de la cúpula.

"Este lado del diagrama de fase es algo parecido a lo que esperamos ver en una superconductividad más convencional, "Valla dijo, refiriéndose a los superconductores basados ​​en metales más antiguos conocidos.

"Cuando la superconductividad está libre de estas otras cosas que complican el panorama, entonces lo que queda es superconductividad que quizás no sea tan poco convencional, ", agregó." Es posible que aún no sepamos su origen, pero en este lado del diagrama de fases, parece algo que la teoría puede manejar más fácilmente, y le brinda una forma más sencilla de ver el problema para tratar de comprender lo que está sucediendo ".