Figura 1:Los electrones (lila) interactúan fuertemente entre sí a medida que se mueven a través de la capa de NiO2 de un material de niquelato, que podría actuar como modelo para la superconductividad de alta temperatura (níquel =gris, oxígeno =rojo). (Imagen producida por Mari Ishida del Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente). Crédito:Centro RIKEN para Ciencias de la Materia Emergente
La búsqueda de superconductores de alta temperatura podría verse favorecida por los cálculos de los físicos de RIKEN que han revelado el comportamiento de los electrones en un material de óxido de níquel.
Los superconductores pueden transportar una corriente eléctrica sin resistencia, y se utilizan para fabricar potentes electroimanes o instrumentos sensibles para medir campos magnéticos.
La superconductividad convencional depende de una forma de emparejamiento de electrones que ocurre solo a temperaturas extremadamente bajas, por lo que los dispositivos superconductores deben enfriarse con costosos gases licuados. Pero hace unos 30 años, Los investigadores descubrieron que algunos materiales de cuprato podrían convertirse en superconductores a temperaturas relativamente cálidas, hasta −140 grados Celsius. La causa subyacente de esta superconductividad de alta temperatura aún no se comprende.
En 2019, Los investigadores encontraron que un óxido de níquel y neodimio dopado con estroncio (Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 2 ) podría superconducir por debajo de -258 grados Celsius. El descubrimiento llamó la atención no por la temperatura, pero debido a que este material de niquelato tiene una estructura cristalina muy similar a los cupratos, y puede servir como banco de pruebas para comprender mejor cómo funciona la superconductividad en estos materiales.
El material de niquelato consta de capas alternas de Nd y NiO 2 . Yusuke Nomura en el Centro RIKEN de Ciencias de la Materia Emergente y sus colegas ahora han estudiado cómo las interacciones entre ciertos electrones en estas dos capas podrían influir en la superconductividad.
Los cálculos del equipo mostraron que los electrones en el NiO 2 capa interactúan fuertemente entre sí, que es similar a los cupratos donde la fuerte correlación en el CuO 2 Se cree que la capa juega un papel clave en su superconductividad a alta temperatura. Sin embargo, hay una diferencia entre los niquelatos y los cupratos:en los niquelatos, los electrones en la capa de neodimio están parcialmente ocupados y forman el bolsillo de Fermi, una región relativamente pequeña en la zona de Brillouin rodeada por la superficie de Fermi. Estos bolsillos no aparecen en cupratos, lo que puede hacer que el material de niquelato sea un análogo imperfecto de los cupratos.
El equipo de Nomura utilizó modelos computacionales para estudiar si las bolsas podrían eliminarse modificando la composición química del material y, por lo tanto, crear un niquelato que se adapte mejor a los cupratos. Descubrieron que dos compuestos podrían ajustarse a los requisitos:óxido de níquel, neodimio y sodio (NaNd 2 NiO 4 ) y óxido de sodio, calcio y níquel (NaCa 2 NiO 3 ). "Si se sintetizan los niquelatos propuestos, serán verdaderos análogos de níquel de los superconductores de cuprato, "Notas Nomura.
"La siguiente etapa es aclarar la diferencia y similitud entre los niquelatos y cupratos de una manera más sistemática, y obtenga una visión más profunda del mecanismo superconductor en ambos sistemas, " él añade.
