Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han descubierto que los cristales de un material superconductor descubierto recientemente, un calcogenuro de bismuto en capas con una estructura simétrica cuádruple, muestra solo una simetría doble en su superconductividad. El origen de la superconductividad en estas estructuras aún no se comprende bien; este hallazgo sugiere una conexión con una clase enigmática de materiales conocidos como superconductores nemáticos y los extraordinarios mecanismos por los cuales la superconductividad puede emerger a temperaturas más fáciles de alcanzar.
Los superconductores son materiales sin resistencia eléctrica. Ya han visto numerosas aplicaciones a potentes electroimanes, particularmente en unidades médicas de resonancia magnética (MRI), donde se utilizan para generar los fuertes campos magnéticos necesarios para la obtención de imágenes no invasivas de alta resolución. Sin embargo, Existen barreras importantes que impiden un uso más generalizado, p. ej. para la transmisión de energía a largas distancias. El más notable es que la superconductividad convencional solo surge a temperaturas extremadamente bajas. Los primeros superconductores de "alta temperatura" solo se encontraron en la segunda mitad de la década de 1980, y los mecanismos detrás de su funcionamiento todavía son objeto de acalorados debates.
En 2012, El profesor Yoshikazu Mizuguchi de la Universidad Metropolitana de Tokio logró por primera vez la ingeniería de materiales de calcogenuro de bismuto en capas con capas alternantes de aislamiento y superconducción. (Los calcogenuros son materiales que contienen elementos del grupo 16 de la tabla periódica). Ahora, el mismo equipo tomó medidas en monocristales del material y descubrió que las características de simetría rotacional de la estructura cristalina no se replican en la forma en que la superconductividad cambia con la orientación.
El material que estudió el grupo consistió en capas superconductoras hechas de bismuto, azufre y selenio, y capas aislantes de lantano, flúor y oxígeno. En tono rimbombante, las capas de calcogenuro tenían una simetría de rotación cuádruple (o tetragonal), es decir, la misma cuando se giraba 90 grados. Sin embargo, cuando el equipo midió la magnetorresistencia del material en diferentes orientaciones, solo encontraron simetría doble, es decir, lo mismo cuando se gira 180 grados. Los análisis posteriores a diferentes temperaturas no sugirieron ningún cambio en la estructura; llegaron a la conclusión de que esta ruptura de simetría debe surgir de la disposición de los electrones en la capa.
El concepto de fases nemáticas proviene de cristales líquidos, en el que desordenado, matrices amorfas de partículas en forma de varillas pueden apuntar en la misma dirección, rompiendo la simetría rotacional mientras permanece distribuida aleatoriamente en el espacio. Muy recientemente, Se ha planteado la hipótesis de que algo similar en la estructura electrónica de los materiales, nematicidad electrónica, puede estar detrás de la aparición de superconductividad en superconductores de alta temperatura. Este hallazgo vincula claramente este sistema altamente personalizable con superconductores de alta temperatura como materiales a base de cobre y hierro. El equipo espera que una mayor investigación revele conocimientos críticos sobre cómo los materiales, de otra manera tan diferentes, dan lugar a un comportamiento similar. y como funcionan.
