Un estudio de SLAC / Stanford encontró que una familia recientemente descubierta de superconductores de niquelato difiere de manera sorprendente de una familia relacionada, los cupratos. Ambos vienen en planos de óxido 2D (rojo, verde, y esferas grises que representan el cobre, iones de níquel y oxígeno, respectivamente) separados por capas de un material de tierras raras (esferas de oro). Los cupratos son inherentemente aislantes, e incluso cuando están dopados para agregar electrones de flujo libre (esferas azules), como se muestra aquí, sus electrones rara vez dejan de interactuar con otras capas de material. Pero estos niquelatos son inherentemente metales. Incluso en el estado no dopado que se muestra aquí, sus electrones se mezclan con electrones de las capas de tierras raras de una manera que crea un estado metálico tridimensional. Crédito:Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
El descubrimiento el año pasado del primer material de óxido de níquel que muestra claros signos de superconductividad desencadenó una carrera de científicos de todo el mundo para averiguar más. La estructura cristalina del material es similar a los óxidos de cobre, o cupratos, que ostentan el récord mundial de conducción de electricidad sin pérdidas a temperaturas relativamente altas y presiones normales. Pero, ¿se comportan sus electrones de la misma manera?
Las respuestas podrían ayudar a avanzar en la síntesis de nuevos superconductores no convencionales y su uso para la transmisión de energía. transporte y otras aplicaciones, y también arrojaron luz sobre cómo funcionan los cupratos, que sigue siendo un misterio después de más de 30 años de investigación.
En un artículo publicado hoy en Materiales de la naturaleza , un equipo dirigido por científicos del Laboratorio Nacional de Aceleración SLAC del Departamento de Energía y la Universidad de Stanford informan sobre la primera investigación detallada de la estructura electrónica de los óxidos de níquel superconductores, o niquelatos. Los científicos utilizaron dos técnicas, dispersión de rayos X resonante inelástica (RIXS) y espectroscopía de absorción de rayos X (XAS), para obtener la primera imagen completa de la estructura electrónica de los niquelatos, básicamente la disposición y el comportamiento de sus electrones, que determinan las propiedades de un material.
Tanto los cupratos como los niquelatos son finos, hojas bidimensionales que se superponen con otros elementos, como los iones de tierras raras. Estas láminas delgadas se vuelven superconductoras cuando se enfrían por debajo de cierta temperatura y la densidad de sus electrones que fluyen libremente se ajusta en un proceso conocido como "dopaje".
Los cupratos son aislantes en su estado "base" predopado, lo que significa que sus electrones no son móviles. Después del dopaje, los electrones pueden moverse libremente, pero en su mayoría están confinados a las capas de cuprato, rara vez viajan a través de las capas intermedias de tierras raras para llegar a sus vecinos de cuprato.
Pero en los niquelatos, el equipo descubrió, Este no es el caso. El compuesto no dopado es un metal con electrones que fluyen libremente. Es más, las capas intermedias en realidad aportan electrones a las hojas de niquelato, creando un estado metálico tridimensional que es bastante diferente de lo que se ve en los cupratos.
Este es un tipo de estado fundamental completamente nuevo para óxidos de metales de transición como cupratos y niquelatos, dijeron los investigadores. Abre nuevas direcciones para experimentos y estudios teóricos sobre cómo surge la superconductividad y cómo se puede optimizar en este sistema y posiblemente en otros compuestos.
