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Los investigadores han descubierto un paisaje complejo de estados electrónicos que pueden coexistir en una red de kagome, parecidos a los de los superconductores de alta temperatura, un equipo de físicos del Boston College informa en una publicación electrónica avanzada de la revista Naturaleza .
El enfoque del estudio fue un monocristal a granel de un metal kagome topológico, conocido como CsV 3 Sb 5 —Un metal que se vuelve superconductor por debajo de los 2,5 grados Kelvin, o menos 455 grados Fahrenheit. El material exótico se construye a partir de planos atómicos compuestos de átomos de vanadio dispuestos en una red llamada kagome, descrita como un patrón de triángulos y hexágonos entrelazados, apilados uno encima del otro. con capas espaciadoras de cesio y antimonio entre los planos de kagome.
El material ofrece una ventana a cómo las propiedades físicas de los sólidos cuánticos, como la transmisión de luz, conducción eléctrica, o respuesta a un campo magnético:se relacionan con la geometría subyacente de la estructura de la red atómica. Debido a que su geometría causa interferencia destructiva y "frustra" el movimiento cinético de los electrones que atraviesan, Los materiales de celosía de Kagome son apreciados por ofrecer un terreno único y fértil para el estudio de los estados electrónicos cuánticos descritos como frustrados. correlacionados y topológicos.
La mayoría de los esfuerzos experimentales hasta ahora se han centrado en los imanes de kagome. El material que examinó el equipo no es magnético, lo que abre la puerta para investigar cómo se comportan los electrones en los sistemas kagome en ausencia de magnetismo. La estructura electrónica de estos cristales se puede clasificar como "topológica", mientras que la alta conductividad eléctrica lo convierte en un "metal".
"Este metal topológico se vuelve superconductor a baja temperatura, que es una ocurrencia muy rara de superconductividad en un material kagome, ", dijo la profesora adjunta de física de Boston College, Ilija Zeljkovic, un coautor principal del informe, titulado "Cascada de estados de electrones correlacionados en un superconductor kagome CsV 3 Sb 5 . "
En un metal los electrones en el cristal forman un estado líquido. La conducción eléctrica ocurre cuando el líquido cargado fluye bajo un voltaje de polarización. El equipo utilizó espectroscopía de túnel de barrido para sondear los efectos de interferencia cuántica del electrón líquido, dijo Zeljkovic, quien llevó a cabo la investigación con los colegas del Boston College, el profesor de física Ziqiang Wang, estudiante de posgrado Hong Li y He Zhao, quien obtuvo su doctorado en Física en BC en 2020, así como colegas de la Universidad de California, Santa Bárbara.
Los experimentos revelaron una "cascada" de fases rotas de simetría del electrón líquido impulsadas por la correlación entre los electrones en el material, informó el equipo.
Ocurriendo consecutivamente a medida que se bajaba la temperatura del material, ondulaciones u ondas estacionarias, emergen primero en el líquido de electrones, conocidas como ondas de densidad de carga, con periodicidad diferente de la red atómica subyacente. A una temperatura más baja, un nuevo componente de onda estacionaria se nuclea solo a lo largo de una dirección de los ejes del cristal, de modo que la conducción eléctrica a lo largo de esta dirección es diferente a la de cualquier otra dirección.
Estas fases se desarrollan en el estado normal, o en el estado metálico no superconductor, y persisten por debajo de la transición superconductora. Dijo Wang. Los experimentos demuestran que la superconductividad en CsV 3 Sb 5 emerge de, y convive con, un estado electrónico cuántico correlacionado que rompe las simetrías espaciales del cristal.
Los hallazgos podrían tener fuertes implicaciones sobre cómo los electrones forman pares "Cooper" y se convierten en un superfluido cargado a una temperatura aún más baja. o un superconductor capaz de conducción eléctrica sin resistencia. En esta familia de superconductores kagome, otra investigación ya ha sugerido la posibilidad de un emparejamiento de electrones no convencional, dijo Zeljkovic.
Los investigadores en el campo han notado un fenómeno llamado ruptura de simetría de inversión del tiempo en CsV 3 Sb 5 . Esta regla de simetría, que sostiene que las acciones se realizarían a la inversa si el tiempo pasara hacia atrás, generalmente se rompe en materiales magnéticos. pero el metal kagome no muestra momentos magnéticos sustanciales. Zeljkovic dijo que los próximos pasos en esta investigación son comprender esta aparente contradicción y cómo los estados electrónicos revelados en este trabajo reciente están relacionados con la ruptura de la simetría de inversión del tiempo.
El nivel de importancia y la investigación de estos superconductores de celosía de kagome recientemente descubiertos se refleja en un Naturaleza artículo publicado en la misma edición electrónica anticipada. También es coautor de Ziqiang Wang de BC, el papel, titulado "Onda de densidad de pares de rotones en un superconductor kagome de acoplamiento fuerte, "informa la observación de nuevas ondas estacionarias formadas por pares de Cooper con otra periodicidad más en el mismo superconductor kagome, CsV 3 Sb 5 .
"La publicación de estos dos informes uno al lado del otro no solo revela nuevos y amplios conocimientos sobre los superconductores de celosía de Kagome, pero también señala el alto nivel de interés y entusiasmo que rodea a estos materiales y sus propiedades y fenómenos únicos, que los investigadores de Boston College e instituciones de todo el mundo están descubriendo con una frecuencia cada vez mayor, "Dijo Wang.
