Los físicos de RIKEN han encontrado una plataforma ideal para explorar el comportamiento de los electrones en un material a medida que se acerca a la superconductividad. Esto podría ayudar a desarrollar nuevos superconductores que funcionen a temperaturas más convenientes que los existentes. El estudio se publica en la revista Physical Review B. .
Los superconductores transportan corriente eléctrica sin resistencia y se utilizan, por ejemplo, en potentes electroimanes y sensores magnéticos. Pero la superconductividad generalmente sólo ocurre a bajas temperaturas, por lo que los investigadores están buscando superconductores de alta temperatura que podrían abrir una gama mucho más amplia de aplicaciones. El objetivo final es encontrar materiales que sean superconductores a temperatura ambiente.
La superconductividad en los llamados superconductores convencionales se produce cuando los electrones se emparejan. Este emparejamiento evita que los electrones se dispersen mientras fluyen a través de un material.
Algunos materiales, cuando se acercan a este estado superconductor, entran en una "fase nemática" en la que los electrones se alinean en franjas. "Se considera que la nematicidad está estrechamente relacionada con la superconductividad", explica Yuya Kubota del Centro RIKEN SPring-8. "Sin embargo, la conexión precisa entre nematicidad y superconductividad no se comprende completamente."
Para explorar esta relación, Kubota y sus colegas recurrieron a un material llamado seleniuro de hierro, que se superconduce sólo a la bajísima temperatura de –265°C, que está sólo 8° por encima del cero absoluto. Pero la superconductividad a temperaturas más altas se puede lograr aplicando presión o modificando la composición química del material, lo que podría señalar el camino hacia estrategias más generales para crear superconductores de alta temperatura.
El seleniuro de hierro entra en su fase nemática aproximadamente a –183°C. En esta fase, la disposición de los átomos en la red cristalina del material cambia y ciertos electrones pueden adoptar diferentes estados energéticos. Los investigadores han debatido durante mucho tiempo la importancia relativa de estos factores estructurales y electrónicos para impulsar la nematicidad.
El equipo de Kubota ya ha encontrado una respuesta. Estudiaron una película ultrafina de seleniuro de hierro sobre una base de aluminato de lantano, que suprimió el cambio estructural durante la transición a la fase nemática.
Los investigadores detectaron todas las características electrónicas de una transición a la fase nemática, a pesar de que la estructura reticular seguía siendo la misma. Esto sugiere que la fase nemática se origina únicamente a partir de cambios en los estados energéticos de ciertos electrones.
Los investigadores anticipan que su material de película delgada les permitirá explorar el comportamiento de los electrones en la fase nemática, sin el factor complicado de las alteraciones estructurales que lo acompañan. "Esto podría ayudarnos a lograr una comprensión más profunda de la relación entre nematicidad y superconductividad, y el mecanismo de la superconductividad", afirma Kubota. "Y esto, a su vez, podría acelerar la investigación hacia superconductores a temperatura ambiente".
Más información: Y. Kubota et al, Estado nemático puro en el superconductor a base de hierro FeSe, Physical Review B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.L100501
Información de la revista: Revisión física B
Proporcionado por RIKEN
