Los científicos del Laboratorio Ames del Departamento de Energía de EE. UU. Han desarrollado un método para medir con precisión el "borde exacto" o el inicio en el que un campo magnético ingresa a un material superconductor. El conocimiento de este umbral, llamado campo crítico inferior, juega un papel crucial para desenredar las dificultades que han impedido el uso más amplio de la superconductividad en las nuevas tecnologías.

En la física de la materia condensada, los científicos distinguen entre varios estados superconductores. Cuando se coloca en un campo magnético, el campo crítico superior es la fuerza a la que destruye completamente el comportamiento superconductor en un material. El efecto Meissner se puede considerar como su opuesto, que sucede cuando un material pasa a un estado superconductor, expulsando por completo un campo magnético de su interior, de modo que se reduce a cero a una longitud característica pequeña (normalmente menos de un micrómetro) denominada profundidad de penetración de Londres.

Pero, ¿qué sucede en el área gris entre los dos? Prácticamente todos los superconductores se clasifican como tipo II, lo que significa que en campos magnéticos más grandes, no muestran un efecto Meissner completo. En lugar de, desarrollan un estado mixto, con vórtices magnéticos cuantificados, llamados vórtices de Abrikosov, que enhebran el material, formando una red de vórtice bidimensional, y afectando significativamente el comportamiento de los superconductores. Más importante, Estos vórtices pueden ser empujados por la corriente eléctrica que fluye, provocando que la superconductividad se disipe.

El punto en el que estos vórtices comienzan a penetrar por primera vez en un superconductor se denomina campo crítico inferior. uno que ha sido notoriamente difícil de medir debido a una distorsión del campo magnético cerca de los bordes de la muestra. Sin embargo, Se necesita conocimiento de este campo para comprender y controlar mejor los superconductores para su uso en aplicaciones.

"La línea fronteriza, el valor dependiente de la temperatura del campo magnético en el que esto sucede, es muy importante; la presencia de vórtices de Abrikosov cambia mucho el comportamiento del superconductor, "dijo Ruslan Prozorov, un físico del laboratorio Ames que es un experto en superconductividad y magnetismo. "Muchas de las aplicaciones para las que nos gustaría utilizar la superconductividad, como la transmisión de electricidad, se ven obstaculizados por la existencia de esta fase de vórtice ".

Para validar la nueva técnica desarrollada para medir esta línea límite, Prozorov y su equipo investigaron tres materiales superconductores ya bien estudiados. Utilizaron un magnetómetro óptico desarrollado recientemente que aprovecha el estado cuántico de un tipo particular de defecto atómico, llamados centros de nitrógeno vacante (NV), en diamante. El instrumento altamente sensible permitió a los científicos medir desviaciones muy pequeñas en la señal magnética muy cerca del borde de la muestra detectando el inicio de la penetración de vórtices.

"Nuestro método no es invasivo, muy preciso y tiene una mejor resolución espacial que los métodos utilizados anteriormente, "dijo Prozorov.

Además, cálculos teóricos realizados junto con otro científico del laboratorio Ames, Vladimir Kogan, permitió la extracción de los valores de campo críticos más bajos desde el inicio medido de la penetración del vórtice.