Celda de deformación utilizada para estirar el cristal mientras se mide la resistividad eléctrica in situ para sondear el orden nemático electrónico en función de la deformación. temperatura, campo magnético y composición química. Crédito:Eckberg et al.
Superconductores de alta temperatura, materiales que se vuelven superconductores a temperaturas inusualmente altas, son componentes clave de una variedad de herramientas tecnológicas, incluyendo máquinas de resonancia magnética y aceleradores de partículas. Recientemente, Los físicos han observado que las dos familias de superconductores conocidos de alta temperatura (compuestos a base de cobre y hierro) exhiben un fenómeno único en el que los grados electrónicos de libertad pueden romper la simetría rotacional general del cristal y formar lo que se conoce como la fase nemática electrónica. .
Similar a la fase de cristal líquido, la ruptura espontánea de simetrías por electrones es comprensible, excepto por el hecho de que los electrones no son moléculas con formas irregulares. Además, los electrones tienden a estar involucrados en otras propiedades como el magnetismo, por lo que comprender el papel de la "nematicidad" puede resultar bastante complicado, ya que a menudo se encuentra en convivencia con otros órdenes como el magnetismo.
Físicos de la Universidad de Maryland y la Universidad de Illinois-Urbana Champaign, en colaboración con teóricos de la Universidad de Minnesota, Recientemente han realizado un estudio destinado a comprender mejor la fase nemática electrónica en diferentes superconductores de alta temperatura. Su papel publicado en Física de la naturaleza , se basa en ideas y observaciones que reunieron durante varios años de investigación.
El mismo equipo de investigadores comenzó a investigar los superconductores a base de hierro hace aproximadamente 10 años. Desde entonces, han publicado numerosos artículos que se centran específicamente en la fase nemática electrónica.
"Algunos superconductores de hierro con la misma disposición de estructura cristalina que Ba 1− X Sr X Ni 2 Como 2 son conocidos por 'colapsar' a bajas temperaturas, "Dr. Johnpierre Paglione, el investigador principal del estudio, dijo Phys.org. "Intrigado por esta observación, Empezamos a buscar el mismo efecto de colapso en el sistema a base de níquel al estudiar su estructura cristalina a bajas temperaturas. Mientras haces esto, descubrimos que ocurre una transición de fase completamente diferente, llamado orden de cargo ".
En su estudio reciente, los investigadores se propusieron determinar si el orden de carga que habían observado previamente en los superconductores a base de níquel también va acompañado de la fase nemática. Estudiaron específicamente el material Ba 1− X Sr X Ni 2 Como 2 , que tiene una estructura similar a la de los superconductores a base de hierro.
Configuración de elastoresistividad:dos cristales idénticos montados en un dispositivo piezoeléctrico que estira cada uno de ellos mientras mide la resistividad. En el experimento realizado por los investigadores, la deformación se aplica tanto en paralelo como en perpendicular a la medición eléctrica y la comparación de las dos permite extraer la respuesta nemática (normalmente cero en metales comunes). Crédito:Eckberg et al.
"Sabíamos que en ambos compuestos 'miembros finales' BaNi 2 Como 2 y SrNi 2 Como 2 , La superconductividad existe a temperaturas muy bajas (por debajo de 1 Kelvin) y nos intrigó mucho que pareciera de carácter muy similar en ambos sistemas, incluso si BaNi 2 Como 2 tiene toda esta loca física sucediendo y SrNi 2 Como 2 es básicamente un limón, "Explicó Paglione." Por lo tanto, nos dispusimos a hacer aleaciones de los dos, mezclando bario y estroncio de forma sistemática para ir de un extremo al otro de forma continua ".
Curiosamente, Paglione y sus colegas observaron que cuando sus aleaciones estaban en algún lugar entre los compuestos de bario y estroncio (alrededor del 70% de Sr), su orden de carga se destruía por completo (es decir, suprimido a la temperatura de cero absoluto), mientras que sus firmas de fluctuación nemática se mantuvieron fuertes. También encontraron que en el pico de estas fluctuaciones, la superconductividad del material se amplificaba en un factor de seis (es decir, la temperatura de transición se elevó de 0,6 K a 3,5 K).
Esta observación es difícil de explicar utilizando teorías convencionales y de superconductividad y otros enfoques. Por lo tanto, concluyeron que debe ser el resultado de fluctuaciones nemáticas.
"Nuestro estudio tiene importantes implicaciones, porque conocemos la perilla de sintonización para hacer esto, y no hay un magnetismo molesto que complique la interpretación teórica, por lo que nuestra interpretación proporciona un camino hacia el ajuste fino de materiales para obtener superconductividad de alta temperatura, "Dijo el Dr. Paglione.
En general, Paglione y sus colegas observaron una relación directa entre el apareamiento mejorado y las fluctuaciones nemáticas en el sistema modelo que examinaron. En el futuro, la información recopilada en su estudio podría informar futuros estudios que investiguen el papel de la nematicidad en el fortalecimiento de la superconductividad.
"Actualmente nos estamos enfocando en la zona caliente alrededor del 70% Sr para ver qué tan finamente podemos ajustar las cosas usando otras perillas en el laboratorio, como la presión y la tensión, "Dijo el Dr. Paglione." Al mismo tiempo, estamos buscando otros materiales que muestren propiedades similares y, por lo tanto, puedan sintonizarse artificialmente para convertirse también en superconductores, con suerte cerca de la temperatura ambiente ".
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