Superconductores de alta temperatura, que transportan electricidad con resistencia cero a temperaturas mucho más altas que los materiales superconductores convencionales, han generado mucho entusiasmo desde su descubrimiento hace más de 30 años debido a su potencial para revolucionar tecnologías como los trenes maglev y las líneas eléctricas de larga distancia. Pero los científicos aún no entienden cómo funcionan.

Una pieza del rompecabezas es el hecho de que se han encontrado ondas de densidad de carga (franjas estáticas de mayor y menor densidad de electrones que atraviesan un material) en una de las principales familias de superconductores de alta temperatura. los cupratos a base de cobre. Pero, ¿estas franjas de carga mejoran la superconductividad? suprimirlo o jugar algún otro papel?

En estudios independientes, dos equipos de investigación informan avances importantes en la comprensión de cómo las franjas de carga pueden interactuar con la superconductividad. Ambos estudios se realizaron con rayos X en el Laboratorio Nacional Acelerador SLAC del Departamento de Energía.

Detalle exquisito

En un artículo publicado hoy en Avances de la ciencia , Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign (UIUC) utilizaron el láser de electrones libres de rayos X de fuente de luz coherente Linac (LCLS) de SLAC para observar las fluctuaciones en las ondas de densidad de carga en un superconductor de cuprato.

Perturbaron las ondas de densidad de carga con pulsos de un láser convencional y luego usaron RIXS, o dispersión de rayos X inelástica resonante, para ver cómo las olas se recuperan en un período de unas cuantas billonésimas de segundo. Este proceso de recuperación se comportó de acuerdo con una ley de escala dinámica universal:era el mismo en todas las escalas, tanto como un patrón fractal se ve igual tanto si se acerca como si se aleja.

Con LCLS, los científicos pudieron medir, por primera vez y con exquisito detalle, exactamente qué tan lejos y qué tan rápido fluctuaron las ondas de densidad de carga. Para su sorpresa, el equipo descubrió que las fluctuaciones no eran como el sonido de una campana o el rebote de un trampolín; en lugar de, eran más como la difusión lenta de un jarabe, un análogo cuántico del comportamiento del cristal líquido, que nunca antes se había visto en un sólido.

"Nuestros experimentos en LCLS establecen una nueva forma de estudiar las fluctuaciones en las ondas de densidad de carga, lo que podría conducir a una nueva comprensión de cómo funcionan los superconductores de alta temperatura, "dice Matteo Mitrano, investigador postdoctoral en el grupo del profesor Peter Abbamonte en UIUC.

Este equipo también incluyó a investigadores de la Universidad de Stanford, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología y el Laboratorio Nacional de Brookhaven.

Arreglos ocultos

Otro estudio, reportado el mes pasado en Comunicaciones de la naturaleza , usó rayos X de la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford (SSRL) de SLAC para descubrir dos tipos de arreglos de ondas de densidad de carga, creando un nuevo vínculo entre estas ondas y la superconductividad de alta temperatura.

Dirigido por el científico de SLAC Jun-Sik Lee, el equipo de investigación utilizó RSXS, o dispersión de rayos X suave resonante, para observar cómo la temperatura afecta las ondas de densidad de carga en un superconductor de cuprato.

"Esto resuelve un desajuste en los datos de experimentos anteriores y traza un nuevo curso para mapear completamente los comportamientos de los electrones en estos exóticos materiales superconductores, "Dice Lee.

"Creo que explorar arreglos nuevos u ocultos, así como sus fenómenos entrelazados, contribuirá a nuestra comprensión de la superconductividad de alta temperatura en cupratos, que informará a los investigadores en su búsqueda para diseñar y desarrollar nuevos superconductores que funcionen a temperaturas más cálidas ".