El magnetismo se puede generar simplemente pasando una corriente a través de un cable, pero la forma en que interactúa con otros fenómenos físicos (como la superconductividad) está envuelta en un misterio. Crédito:Universidad de Bath
Físicos de la Universidad de Bath en el Reino Unido, en colaboración con investigadores de EE. UU., han descubierto un nuevo mecanismo para permitir que el magnetismo y la superconductividad coexistan en el mismo material. Hasta ahora, los científicos solo podían adivinar cómo podría ser posible esta inusual coexistencia. El descubrimiento podría conducir a aplicaciones en tecnologías de energía verde y en el desarrollo de dispositivos superconductores. como el hardware informático de última generación.
Como una regla, La superconductividad (la capacidad de un material para pasar una corriente eléctrica con perfecta eficiencia) y el magnetismo (visto en el trabajo en los imanes de nevera) son malos compañeros de cama porque la alineación de las diminutas partículas magnéticas electrónicas en los ferroimanes generalmente conduce a la destrucción de los pares de electrones responsables. para superconductividad. A pesar de esto, los investigadores de Bath han descubierto que el superconductor a base de hierro RbEuFe4As4, que es superconductor por debajo de -236 ° C, exhibe superconductividad y magnetismo por debajo de -258 ° C.
El estudiante de investigación de posgrado en física David Collomb, quien dirigió la investigación, explicó:"Hay un estado en algunos materiales en el que, si los pone muy fríos, significativamente más fríos que en la Antártida, se vuelven superconductores. Pero para que esta superconductividad se lleve a aplicaciones de siguiente nivel, el material debe mostrar coexistencia con propiedades magnéticas. Esto nos permitiría desarrollar dispositivos que funcionen según un principio magnético, como la memoria magnética y la computación con materiales magnéticos, para disfrutar también de los beneficios de la superconductividad.
"El problema es que la superconductividad generalmente se pierde cuando se activa el magnetismo. Durante muchas décadas, Los científicos han intentado explorar una gran cantidad de materiales que tienen ambas propiedades en un solo material, y los científicos de materiales han tenido recientemente cierto éxito en la fabricación de un puñado de tales materiales. Sin embargo, mientras no entendamos por qué es posible la convivencia, la búsqueda de estos materiales no se puede hacer con un peine tan fino.
"Esta nueva investigación nos brinda un material que tiene un amplio rango de temperatura donde estos fenómenos coexisten, y esto nos permitirá estudiar la interacción entre magnetismo y superconductividad más de cerca y con gran detalle. Ojalá, esto dará como resultado que seamos capaces de identificar el mecanismo a través del cual puede ocurrir esta coexistencia ".
A la izquierda:un cristal recubierto de oro:el recubrimiento dorado permite que la herramienta de imagen magnética se acerque a nanómetros de la superficie del material. A la derecha:una imagen magnética de un segmento del cristal que muestra los vórtices (agujeros oscuros) que se estudiaron. Crédito:Universidad de Bath
En un estudio publicado en Cartas de revisión física , El equipo investigó el comportamiento inusual de RbEuFe4As4 mediante la creación de mapas de campo magnético de un material superconductor a medida que bajaba la temperatura. Para su sorpresa, encontraron que los vórtices (los puntos en el material superconductor donde penetra el campo magnético) mostraban un ensanchamiento pronunciado cerca de la temperatura de -258 ° C, lo que indica una fuerte supresión de la superconductividad a medida que se activaba el magnetismo.
Estas observaciones concuerdan con un modelo teórico propuesto recientemente por el Dr. Alexei Koshelev en el Laboratorio Nacional Argonne en los Estados Unidos. Esta teoría describe la supresión de la superconductividad por fluctuaciones magnéticas debidas a los átomos de europio (Eu) en los cristales. Aquí, la dirección magnética de cada átomo de Eu comienza a fluctuar y alinearse con los demás, a medida que el material desciende por debajo de una determinada temperatura. Esto hace que el material se vuelva magnético. Los investigadores de Bath concluyen que, si bien la superconductividad se ve considerablemente debilitada por el efecto magnético, no está completamente destruido.
"Esto sugiere que en nuestro material, el magnetismo y la superconductividad se mantienen separados entre sí en sus propias sub-redes, que solo interactúan mínimamente, "dijo el Sr. Collomb.
"Este trabajo avanza significativamente en nuestra comprensión de estos raros fenómenos coexistentes y podría conducir a posibles aplicaciones en los dispositivos superconductores del futuro. Generará una búsqueda más profunda de materiales que muestran tanto superconductividad como magnetismo. Esperamos que también anime a los investigadores en más campos aplicados para tomar algunos de estos materiales y hacer con ellos los dispositivos informáticos de próxima generación.
"Ojalá, la comunidad científica entrará gradualmente en una era en la que pasaremos de la investigación del cielo azul a la fabricación de dispositivos a partir de estos materiales. En una década más o menos, podríamos estar viendo dispositivos prototipo que utilizan esta tecnología que hacen un trabajo real ".
Los colaboradores estadounidenses para este proyecto fueron el Laboratorio Nacional Argonne, Universidad de Hofstra y Universidad de Northwestern.
