Figura 1:La disposición molecular de la capa de bis (etilenditio) tetratiafulvaleno (BEDT-TTF) en el conductor molecular investigado en este estudio (esferas de oro:azufre; esferas de plata:carbono; esferas rojas:agujeros entre dos moléculas). Esta disposición da lugar a múltiples estados de energía más bajos debido a la frustración geométrica. Crédito:AAAS de Ref. 2. © Kawasugiet al., algunos derechos reservados; Licenciatario exclusivo American Association for the Advancement of Science. Distribuido bajo una licencia Creative Commons Attribution NonCommercial License 4.0 (CCBY-NC)
Tres físicos teóricos de RIKEN han encontrado una diferencia significativa entre la superconductividad en dos importantes sistemas superconductores no convencionales. Este hallazgo proporciona a los físicos pistas valiosas para comprender mejor cómo funciona la superconductividad en estos sistemas.
El flujo de electricidad sin resistencia, o superconductividad, se puede dividir ampliamente en dos categorías:convencionales y no convencionales. El mecanismo de la superconductividad convencional se conoce desde hace más de 60 años, mientras que el mecanismo de la superconductividad no convencional aún no se ha descifrado por completo. Establecer cómo opera la superconductividad en superconductores no convencionales sería un paso importante hacia el logro del objetivo deseado desde hace mucho tiempo de lograr la superconductividad a temperatura ambiente.
La superconductividad no convencional ocurre en varios materiales. Los más conocidos son los óxidos de cobre llamados cupratos, que se superconducen a temperaturas relativamente altas. Algunos conductores moleculares, compuestos orgánicos que conducen electricidad, también exhiben una superconductividad no convencional. Los físicos han estado discutiendo si la superconductividad en cupratos y conductores moleculares se origina en mecanismos similares.
"Los mecanismos de superconductividad en cupratos y conductores moleculares están bajo debate, "señala el científico jefe Seiji Yunoki." Los dos sistemas tienen muchas similitudes, pero también algunas diferencias ".
Ahora, Yunoki e Hiroshi Watanabe del Laboratorio de Física Computacional de la Materia Condensada de RIKEN y Hitoshi Seo del Laboratorio de Teoría de la Materia Condensada de RIKEN han calculado teóricamente las propiedades electrónicas de un conductor molecular basado en el compuesto orgánico que contiene azufre bis (etilenditio) tetratiafulvaleno (BEDT-TTF) .
En particular, investigaron cómo la adición de electrones afecta sus propiedades electrónicas. El trío también exploró lo que sucede cuando se eliminan los electrones, lo que equivale a añadir "huecos", huecos en la estructura molecular que carecen de electrones. Descubrieron que hay dos tipos diferentes de superconductividad que tienen diferentes simetrías:una se ve favorecida cuando se agregan electrones, mientras que el otro se favorece cuando se agregan agujeros.
Esta predicción teórica ha sido ampliamente confirmada recientemente por un estudio experimental realizado por un equipo de experimentales de RIKEN.
Esto difiere de lo que ocurre en los cupratos. Los investigadores atribuyen esta diferencia al hecho de que la estructura cristalina del conductor molecular es tal que varios estados compiten energéticamente. Como resultado, cambian entre sí cuando hay cambios sutiles en los parámetros. Este fenómeno se conoce como frustración geométrica.
"Nuestra simulación indica que el mecanismo de superconductividad en nuestro sistema es diferente en el sentido más estricto porque tiene frustración geométrica, mientras que no hay frustración en los cupratos, "dice Watanabe.
El equipo ahora tiene la intención de investigar qué le sucede a su conductor molecular a temperaturas más altas.
