Los científicos del Instituto de Tecnología de Tokio (Tokyo Tech) dilucidan la causa subyacente detrás de las diferentes temperaturas críticas de transición informadas para los superconductores de seleniuro de hierro ultrafino (FeSe). Sus resultados aclaran por qué la interfaz entre la primera capa de FeSe y su sustrato juega un papel esencial en la superconductividad. dando nuevos conocimientos sobre un rompecabezas de larga data en este campo.

Los superconductores son materiales que, por debajo de cierta temperatura, tienen fascinantes propiedades electromagnéticas. Presentan resistencia cero, lo que significa que conducen la electricidad sin perder energía en forma de calor, y también puede repeler completamente los campos magnéticos externos. Debido a tales hazañas, Los superconductores son muy atractivos para estudios de física fundamental y aplicaciones electrónicas.

Aunque han pasado catorce años desde que se descubrieron los superconductores a base de hierro, los científicos aún no conocen los mecanismos subyacentes de la superconductividad en las capas ultrafinas de seleniuro de hierro (FeSe). Mientras que la temperatura de transición crítica (Tc) por debajo de la cual el FeSe a granel se comporta como superconductor es de 8 K, se han informado valores significativamente diferentes para las monocapas de cristales de FeSe que crecen uniformemente sobre un sustrato de titanato de estroncio (STO); estos valores van desde 40 K hasta 109 K.

En un estudio reciente publicado en Cartas de revisión física , El profesor Satoru Ichinokura y sus colegas de Tokyo Tech arrojaron algo de luz sobre este problema. Ichinokura describe el problema en cuestión:"Aunque varios estudios indican que la interfaz entre FeSe y STO, o el área donde FeSe y STO entran en contacto, juega un papel esencial en la mejora de Tc, hay espacio para más trabajo para explicar con precisión el origen microscópico de este comportamiento ". También hay un debate en curso sobre la profundidad a la que se produce la superconductividad con respecto al grosor de la película FeSe.

Para abordar estas preguntas, los investigadores prepararon muestras apilando FeSe en espesores que van desde una a cinco capas de celdas unitarias sobre un sustrato aislante de STO. A través de mediciones de sonda de cuatro puntos en vacío, dedujeron la resistividad (la inversa de la conductividad) de las muestras a distintas temperaturas y distintas profundidades. Primero, encontraron evidencia definitiva de que sus medidas eléctricas corresponden a la conducción a lo largo de las películas FeSe, sin influencia del sustrato STO subyacente. Más importante, Constantemente observaron una marcada caída de resistividad a 40 K (que indica el inicio de la superconductividad; ver Figura) independientemente del grosor de la capa de FeSe. Ichinokura comenta:"Estos resultados sugieren sin ambigüedades que la superconductividad de alta temperatura se encuentra esencialmente en la interfaz entre FeSe y STO o en la monocapa de FeSe más inferior sin extenderse a las superiores".

Ahora, ¿Por qué otros estudios informaron diferentes valores de Tc? Después de revisar cuidadosamente trabajos anteriores, Ichinokura y sus colegas concluyen que las diferencias en el número de dopantes en el sustrato STO o las vacantes de oxígeno en las capas subsuperficiales de STO son responsables de la variabilidad en los valores de Tc. En algunos estudios previos, Es probable que el procedimiento de fabricación empleado haya inducido vacantes de oxígeno en la superficie de la capa de STO que de otro modo sería uniforme. En otros, Se utilizó STO dopado con impurezas de niobio. Estas diferencias en el sustrato permiten que más portadores de carga (electrones) alcancen la interfaz STO / FeSe, que da como resultado una superconductividad sostenida incluso a temperaturas más altas (en otras palabras, aumento de Tc).

Emocionado por estos resultados, Ichinokura concluye:"Nuestros resultados indican claramente la naturaleza interfacial de la superconductividad bidimensional observada en FeSe / STO y reconfirman la importancia de la acumulación de carga desde el sustrato en la interfaz. Hemos podido obtener nuevos conocimientos sobre el rompecabezas de larga data de encontrar una Tc baja de aproximadamente 40 K cuando se utilizan sustratos aislantes de STO en lugar de conductores ". Este estudio nos acerca un paso más a dilucidar los misterios relacionados con la superconductividad mejorada.