En 2016, El físico J.C. Séamus Davis descubrió un estado esquivo de materia cuántica en los cupratos, que son materiales de óxido de cobre entrelazados con otros átomos. Eso lanzó un nuevo subcampo en el estudio de materiales cuánticos.

Pero hasta ahora se desconocía si se trataba de un fenómeno único en los cupratos o de una propiedad universal e importante de la naturaleza.

Usando una versión mejorada de la tecnología de microscopio cuántico radicalmente nueva que desarrolló para este propósito, Davis y su equipo ahora han encontrado el mismo estado exótico de materia cuántica en un tipo de material convencional y ampliamente utilizado. los dicalcogenuros de metales de transición (TMD).

Su papel "Descubrimiento de un estado de onda de densidad de pares de Cooper en un dichalcogenuro de metal de transición, "publicado el 25 de junio en Ciencias . Los coautores incluyen a los becarios postdoctorales de Cornell Xiaolong Liu y Yi Xue Chong, y Rahul Sharma, Doctor. '20, un postdoctorado en la Universidad de Maryland.

Las ondas de densidad de pares de Cooper son una forma de materia cuántica exótica en la que pares de electrones, en lugar de formar un "superconductor convencional, "donde todos están en el mismo estado de movimiento libre:congelar en un cristal de par de electrones, también conocido como estado de onda de densidad de pares (PDW).

El descubrimiento de que los PDW existen en materiales estándar como los TMD es emocionante, Davis dijo, porque proporcionan una plataforma rica para el descubrimiento de nuevos estados de la materia cuántica y para el desarrollo de nuevas tecnologías.

"El estudio de los materiales TMD se ha convertido recientemente en uno de los temas más candentes en la física de la materia condensada, "dijo Davis, el Profesor Emérito de Física James Gilbert White en la Facultad de Artes y Ciencias (A&S), quien también tiene cátedras en la Universidad de Oxford, en Inglaterra, y University College Cork, En Irlanda. "Hay cientos de estos materiales en el mundo y se utilizan mucho en tecnología o investigación, incluso por varios grupos en Cornell ".

Davis rompió su propio récord de resolución espacial con el microscopio de túnel de barrido Josephson que inventó, mejorándolo en este estudio por un factor de aproximadamente 100 (desde nanómetros hasta alrededor de 10 picómetros). También aumentó la eficiencia de la imagen en un factor de aproximadamente 250, reduciendo los tiempos de adquisición de imágenes de la matriz de unión de Josephson de un mes a unas pocas horas.

Debido a que el microscopio es extremadamente sensible a las vibraciones y al ruido acústico y mecánico y, por lo tanto, está diseñado para funcionar sin seres humanos en el laboratorio, Davis dijo que la pandemia tuvo un impacto mínimo en su uso para la investigación.

"Si todos los preparativos se realizan correctamente, presiona el botón y el microscopio hace su trabajo muy silenciosamente sin nadie en el laboratorio. El microscopio almacena la imagen y le avisa cuando está lista, ", dijo Davis." Cada experimento individual dura aproximadamente 10 días, aunque toda la campaña experimental lleva años ".

El descubrimiento de TMD será una bendición para los muchos físicos de Cornell que realizan investigaciones pioneras en materiales cuánticos. Davis dijo, "incluidos teóricos como Eun-Ah Kim [profesor de física en A&S], cuyas teorías sobre este exótico estado de la materia ahora pueden ser sometidas a pruebas experimentales ".

El trabajo fue financiado por la Fundación Gordon y Betty Moore, que Davis dijo que también financió el desarrollo del microscopio de túnel de barrido Josephson cuando nadie más lo haría.

"Se creía que un microscopio de este tipo era extremadamente difícil, si no imposible, de implementar, "dijo Davis, "pero la Fundación Moore asumió el riesgo. Merecen mucho crédito por esta nueva tecnología de visualización de materia cuántica".