Una imagen capturada por láser-PEEM que muestra la disposición de los electrones en una muestra de material IBSC. En esta técnica, las imágenes están hechas de luz láser que ilumina la muestra en dos direcciones diferentes. El dicroísmo lineal (LD) se refiere a la diferencia entre las imágenes obtenidas a partir de estas dos direcciones de iluminación; te permite ver detalles que no podrías ver de otra manera, como en este caso la distribución de electrones. Crédito:Shin et al.
Mientras estudiaba el comportamiento de los electrones en materiales superconductores a base de hierro, Los investigadores de la Universidad de Tokio observaron una extraña señal relacionada con la forma en que se organizan los electrones. La señal implica una nueva disposición de electrones que los investigadores llaman onda de nematicidad, y esperan colaborar con físicos teóricos para comprenderlo mejor. La onda de nematicidad podría ayudar a los investigadores a comprender la forma en que los electrones interactúan entre sí en los superconductores.
Un sueño de larga data de los físicos del estado sólido es comprender completamente el fenómeno de la superconductividad, esencialmente conducción electrónica sin la resistencia que genera calor y drena energía. Marcaría el comienzo de un mundo completamente nuevo de dispositivos increíblemente eficientes o poderosos y ya se está utilizando en el tren bala de levitación magnética experimental de Japón. Pero hay mucho que explorar en este tema complejo, ya menudo sorprende a los investigadores con resultados y observaciones inesperados.
El profesor Shik Shin del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad de Tokio y su equipo estudian la forma en que se comportan los electrones en materiales superconductores a base de hierro. o IBSC. Estos materiales son muy prometedores, ya que podrían funcionar a temperaturas más altas que otros materiales superconductores, lo cual es una preocupación importante. También utilizan componentes de materiales menos exóticos, por lo que puede ser más fácil y económico trabajar con ellos. Para activar la capacidad superconductora de una muestra, el material debe enfriarse a varios cientos de grados bajo cero. Y suceden cosas interesantes durante este proceso de enfriamiento.
Un diagrama de la configuración experimental iniciada por el equipo. Crédito:Shin et al.
"A medida que los IBSC se enfrían hasta cierto nivel, expresan un estado que llamamos nematicidad electrónica, "dijo Shin." Aquí es donde la red cristalina del material y los electrones dentro de ella parecen estar dispuestos de manera diferente dependiendo del ángulo en que los mires, también conocido como anisotropía. Esperamos que la forma en que están dispuestos los electrones esté estrechamente acoplada a la forma en que se dispone la red cristalina circundante. Pero nuestra observación reciente muestra algo muy diferente y en realidad bastante sorprendente ".
Shin y su equipo utilizaron una técnica especial desarrollada por su grupo llamada láser-PEEM (microscopía electrónica de fotoemisión) para visualizar su muestra de IBSC en la escala microscópica. Esperaban ver un patrón familiar que se repite cada pocos nanómetros (mil millonésimas de metro). Y efectivamente, la celosía de cristal mostró este patrón. Pero para su sorpresa, el equipo descubrió que, en cambio, el patrón de electrones se repetía cada pocos cientos de nanómetros.
Esta disparidad entre la onda de nematicidad electrónica y la estructura cristalina de la IBSC fue inesperada, por lo que sus implicaciones aún están bajo investigación. Pero el resultado podría abrir la puerta a exploraciones teóricas y experimentales en algo fundamental para el fenómeno de la superconductividad, y esa es la forma en que los electrones forman pares a bajas temperaturas. El conocimiento de este proceso podría ser crucial para el desarrollo de superconductividad de alta temperatura. Entonces, si las ondas de nematicidad están relacionadas, es importante saber cómo.
"Próximo, Espero que podamos trabajar con físicos teóricos para mejorar nuestra comprensión de las ondas de nematicidad, ", dijo Shin." También deseamos utilizar láser-PEEM para estudiar otros materiales relacionados, como óxidos metálicos como el óxido de cobre. Puede que no siempre sea obvio dónde se encuentran las aplicaciones, pero trabajar en problemas de física fundamental realmente me fascina ".
El estudio se publica en la revista Ciencias .
