Los superconductores no convencionales contienen una serie de fases exóticas de materia que se cree que juegan un papel, para bien o para mal, en su capacidad para conducir electricidad con una eficiencia del 100% a temperaturas mucho más altas de lo que los científicos habían creído posible, aunque todavía muy por debajo de las temperaturas que permitirían su amplio despliegue en líneas eléctricas perfectamente eficientes, trenes maglev y así sucesivamente.

Ahora, los científicos del Laboratorio del Acelerador Nacional SLAC del Departamento de Energía han vislumbrado la firma de una de esas fases, conocidas como ondas de densidad de pares o PDW, y confirmó que está entrelazado con otra fase conocida como franjas de onda de densidad de carga (CDW):patrones en forma de onda de mayor y menor densidad de electrones en el material.

Observar y comprender la PDW y sus correlaciones con otras fases puede ser esencial para comprender cómo surge la superconductividad en estos materiales. permitiendo que los electrones se emparejen y viajen sin resistencia, dijo Jun-Sik Lee, un científico del personal de SLAC que dirigió la investigación en la fuente de luz de radiación de sincrotrón de Stanford (SSRL) del laboratorio.

Incluso la evidencia indirecta de la fase PDW entrelazada con franjas de carga, él dijo, es un paso importante en el largo camino hacia la comprensión del mecanismo detrás de la superconductividad no convencional, que ha eludido a los científicos durante más de 30 años de investigación.

Lee agregó que el método que usó su equipo para hacer esta observación, que implicó aumentar drásticamente la sensibilidad de una técnica de rayos X estándar conocida como dispersión de rayos X suave resonante (RSXS) para que pudiera ver las señales extremadamente débiles emitidas por estos fenómenos, tiene potencial para avistar directamente tanto la firma PDW como sus correlaciones con otras fases en experimentos futuros. Eso es en lo que planean trabajar a continuación.

Los científicos describieron sus hallazgos en Cartas de revisión física .

Desenredar los secretos de los superconductores

La existencia de la fase PDW en superconductores de alta temperatura se propuso hace más de una década y se ha convertido en un área de investigación apasionante. con teóricos que desarrollan modelos para explicar cómo funciona y experimentadores que lo buscan en una variedad de materiales.

En este estudio, los investigadores fueron a buscarlo en un óxido de cobre, o cuprato, material conocido como LSCFO por los elementos que contiene:lantano, estroncio, cobre, hierro y oxigeno. Se cree que alberga otras dos fases que pueden entrelazarse con PDW:franjas de onda de densidad de carga y franjas de onda de densidad de giro.

La naturaleza y el comportamiento de las rayas de carga y giro se han explorado en varios estudios, pero sólo había habido unos pocos destellos indirectos de PDW —muy parecido a identificar un animal a partir de sus huellas— y ninguno realizado con técnicas de dispersión de rayos X. Debido a que la dispersión de rayos X revela el comportamiento de una muestra completa a la vez, se cree que es la forma más prometedora de aclarar si existe PDW y cómo se relaciona con otras fases clave en cupratos, Dijo Lee.

En los ultimos años, el equipo de SSRL ha trabajado para aumentar la sensibilidad de RSXS para que pudiera capturar las señales que estaban buscando.

El investigador postdoctoral Hai Huang y el ingeniero de personal de SLAC Sang-Jun Lee utilizaron la técnica mejorada en este estudio. Dispersaron rayos X de LSCFO y dentro de un detector, formando patrones que revelaban lo que estaba sucediendo dentro del material. A medida que bajaron la temperatura del material hacia su rango superconductor, aparecieron franjas giratorias y se entrelazaron para formar franjas de carga, y esas franjas de carga se asociaron luego con la aparición de fluctuaciones bidimensionales que son el sello distintivo de PDW.

Los investigadores dijeron que estos resultados no solo demuestran el valor del nuevo enfoque RSXS, sino que también respaldan la posibilidad de que el PDW esté presente no solo en este material, pero en todos los cupratos superconductores.