Un equipo internacional ha observado un fenómeno sorprendente en un material de óxido de níquel durante el enfriamiento:en lugar de congelarse, ciertas fluctuaciones en realidad aumentan a medida que desciende la temperatura. El óxido de níquel es un sistema modelo que es estructuralmente similar a los superconductores de alta temperatura. El experimento muestra una vez más que el comportamiento de esta clase de materiales aún guarda sorpresas.

En prácticamente toda la materia, temperaturas más bajas significan menos movimiento de sus componentes microscópicos. La menor energía térmica disponible, cuanto menos, los átomos cambian su ubicación o los momentos magnéticos su dirección:se congelan. Un equipo internacional dirigido por científicos de HZB y DESY ha observado por primera vez el comportamiento opuesto en un material de óxido de níquel estrechamente relacionado con los superconductores de alta temperatura. Las fluctuaciones en este niquelato no se congelan al enfriarse, pero vuélvete más rápido.

Utilizamos la innovadora técnica de espectroscopia de correlación de rayos X para observarlos:esto nos permitió rastrear el orden de los momentos magnéticos elementales (espines) en el espacio y el tiempo utilizando rayos X suaves coherentes. Estos giros se organizan en un patrón de rayas al enfriarse. Este orden no es perfecto a temperaturas más altas, pero consiste en una disposición aleatoria de pequeñas regiones ordenadas localmente. Descubrimos que esta disposición no es estática, pero para fluctuar en escalas de tiempo de unos pocos minutos. A medida que continúa el enfriamiento, estas fluctuaciones inicialmente se vuelven cada vez más lentas y las regiones ordenadas individuales crecen. Hasta aquí, este comportamiento corresponde a lo que muestran muchos materiales:la menor energía térmica disponible, cuanto más se congelan las fluctuaciones y crece el orden.

Lo que es completamente inusual y nunca antes se había observado de esta manera fue que a medida que el material se enfrió aún más, las fluctuaciones se volvieron más rápidas de nuevo, mientras que las áreas ordenadas se contrajeron. Por tanto, el orden de las bandas decae a bajas temperaturas tanto espacialmente como a través de fluctuaciones cada vez más rápidas, mostrando una especie de anticongelante.

Esta observación puede ayudar a comprender mejor la superconductividad a altas temperaturas en los óxidos de cobre (cupratos). En cupratos, Se cree que el orden de las bandas similar al de los niquelatos compite con la superconductividad. Allí, también, el orden de las rayas decae a bajas temperaturas, que se ha explicado como superconductividad, asentarse a bajas temperaturas, suprime el orden de las bandas. Dado que no hay superconductividad en los niquelatos, pero el orden de las rayas, sin embargo, decae a bajas temperaturas, un aspecto importante parece faltar en la presente descripción de la superconductividad de cuprato. Es posible que el orden de las rayas en cupratos no se suprima simplemente, pero también decae por razones intrínsecas, así "despejando el campo" para el surgimiento de la superconductividad. Una comprensión más profunda de este mecanismo podría ayudar a controlar la superconductividad.

El estudio muestra el potencial de los rayos X suaves coherentes para estudiar materiales que son espacialmente no uniformes, especialmente aquellos materiales donde una nueva funcionalidad surge de esta falta de uniformidad espacial. La espectroscopia de correlación con láseres se ha utilizado durante muchas décadas para estudiar, por ejemplo, el movimiento de coloides en soluciones. Transferido a radiografías blandas, la técnica se puede utilizar para seguir las fluctuaciones magnéticas y, por ejemplo, también desorden electrónico y químico en el espacio y el tiempo.

Los experimentos descritos aquí se llevaron a cabo en el ALS de fuente de luz avanzada, California.

Con futuras fuentes de rayos X como BESSY III, que producirá muchos órdenes de magnitud de radiación de rayos X coherente más intensa que las fuentes actuales, será posible extender esta técnica a fluctuaciones más rápidas y escalas de longitud más cortas, y así observar efectos que hasta ahora no se han podido lograr.