La superconductividad inducida por campo ocurre cuando un campo magnético aplicado aumenta o induce superconductividad. En un nuevo informe publicado en Science Advances , Joshua J. Sánchez y un equipo de científicos aplicaron la tensión como un interruptor entre un estado superconductor sintonizable por campo y un estado sintonizable robusto sin campo, para marcar la primera demostración de una válvula de giro superconductor sintonizable por tensión con magnetorresistencia infinita. P>
Los científicos combinaron tensión uniaxial sintonizable y aplicaron un campo magnético en el superconductor ferromagnético para cambiar la temperatura de resistencia cero inducida por el campo. Utilizando difracción de rayos X y mediciones espectroscópicas bajo estrés, el equipo propuso que el origen de la superconductividad inducida por el campo resulta de un nuevo mecanismo conocido como pliegue dipolar.
Es posible cambiar entre distintas fases electrónicas en materiales cuánticos ajustando los parámetros para mostrar cómo interactúan para impulsar el desarrollo tecnológico. Un área de desarrollo significativo incluye el ferromagnetismo y la superconductividad, cuyas interacciones antagónicas conducen a fenómenos inusuales, incluidos vórtices magnéticos y supercorrientes polarizadas por espín, como métodos prometedores para el almacenamiento de datos energéticamente eficiente.
Los investigadores han centrado mucha atención en las válvulas de giro superconductoras que rodean una capa superconductora, para tecnologías de la información de baja disipación de energía. El desarrollo de este tipo de tecnologías puede verse limitado por las muy bajas temperaturas necesarias para implementarlas.
Aparte de las heteroestructuras artificiales, un puñado de materiales monocristalinos mostraron superconductividad inducida por campos, fundiendo superconductores dopados y superconductores orgánicos. En estos materiales y válvulas de giro superconductoras de película delgada, la temperatura de resistencia cero es inferior a 1 Kelvin, lo que limita sus aplicaciones prácticas.
Superconductancia de película delgada
Dentro de estos materiales, y dentro de las válvulas de giro superconductoras de película delgada, la temperatura de resistencia cero es inferior a 1 Kelvin, lo que puede limitar sus aplicaciones prácticas. En la actualidad, aún están por determinar los mecanismos subyacentes de la superconductividad inducida por el campo, en los que el efecto puede aumentar la temperatura.
En este trabajo, Sánchez et al. mostró superconductividad inducida por campo en materiales superconductores co-dopados al 12% con temperatura variable, con tensión uniaxial aplicada. El valor proporcionó la temperatura más alta reportada de superconductividad inducida por campo magnético en cualquier material. Los materiales dopados existían como una arquitectura de válvula de giro superconductora de película delgada creada naturalmente, con capas ferromagnéticas y superconductoras alternas.
El equipo combinó los métodos de rayos X de sincrotrón con mediciones de transporte para mostrar la capacidad de ajuste de tensión y las propiedades de ajuste de campo como características de la superconductividad independiente.
Sánchez y sus colegas combinaron la sintonizabilidad de la tensión con campos de conmutación bajos y de alta temperatura para crear una plataforma existente para posibles aplicaciones de espintrónica superconductora. Además, realizaron cálculos de la teoría funcional de la densidad para resaltar las interacciones de intercambio ferromagnético y antiferromagnético para resolver el misterio de la coexistencia con los ferroimanes.
El equipo tiene la intención de explorar cómo se puede implementar este mecanismo en otros sistemas, incluidos los sistemas bidimensionales.
Durante estos experimentos, los científicos cultivaron monocristales con un 12 % de materiales co-dopados en fundente de estaño y observaron cómo la composición de crecimiento no estequiométrica producía muestras con temperaturas de transición superconductoras aumentadas. Seleccionaron muestras de diferentes lotes de crecimiento y las prepararon de manera idéntica para comparar mejor el ajuste de resistividad en campo y de tensión. Durante los experimentos, el equipo enfrió las muestras a través de temperaturas superconductoras y ferromagnéticas, respectivamente.
Después de realizar estas mediciones, el equipo montó la muestra en un dispositivo de tensión uniaxial para medir la resistividad y el rango de deformación. Cuando aplicaron el campo a una tensión de temperatura fija, construyeron un diagrama de fase sintonizable en campo de deformación de superconductividad.
El equipo de investigación observó la accesibilidad de la superconductividad inducida por el campo en una ventana de temperatura sin tensión. A medida que la temperatura disminuyó, el aumento del momento magnético hizo que el ferromagnetismo tuviera una mayor influencia en la superconductividad.
Para identificar la independencia de la tensión y el campo magnético para sintonizar la superconductividad y resolver el mecanismo de la superconductividad inducida por el campo, Sánchez y sus colegas realizaron mediciones de transporte bajo tensión aplicada, simultáneamente con difracción de rayos X o dicroísmo circular magnético de rayos X en la fuente de fotones avanzada. . La difracción de rayos X proporcionó un método poderoso para estudiar superconductores ferromagnéticos con información magnética específica del elemento, en modo de fluorescencia.
Luego, el equipo ajustó eficazmente la superconductividad a través de su competencia con la nematicidad sintonizable por deformación y el orden ferromagnético asociado. El equipo de investigación observó la superconductividad inducida por el campo donde un rango de deformación estrecho permitía la superconductividad inducida por el campo. Posteriormente, para investigar el origen de la superconductividad inducida por el campo, los investigadores realizaron mediciones simultáneas de resistividad y rayos X para ajustar de forma independiente los parámetros de la superconductividad.
Los investigadores incorporaron el compuesto original antiferromagnético como una fuerte interacción bicuadrática entre los momentos metálicos para manifestar un gran acoplamiento magnetoestructural. En este trabajo, el equipo observó la división de Zeeman inducida por un campo externo para facilitar la superconductividad. La coexistencia de superconductividad y ferromagnetismo fue otra característica destacada de los materiales relacionados.
De esta manera, Joshua J. Sánchez y sus colegas presentaron la superconductividad inducida por campo entre un rango de temperaturas combinando difracción de rayos X, dicroísmo circular de rayos X y mediciones de transporte para mostrar cómo la tensión y el campo magnético facilitaban perillas de sintonización independientes.
La alta capacidad de sintonización del sistema dio como resultado la coexistencia simultánea de fases superconductoras, nemáticas y ferromagnéticas. Los científicos esperan temperaturas superconductoras inducidas por el campo aún más altas en materiales diseñados con un equilibrio perfecto entre superconductividad de temperatura más alta y ferromagnetismo.
Investigaciones futuras podrían evaluar la capacidad o el potencial de un material para llevar a cabo aplicaciones de espintrónica superconductora mediante el estudio del grado de polarización del espín y el emparejamiento espín-triplete a medida que pasa a través de capas magnéticas sintonizables en campo.
Más información: Joshua J. Sanchez et al, Superconductividad inducida por campo conmutable por tensión, Avances científicos (2023). DOI:10.1126/sciadv.adj5200
Información de la revista: Avances científicos
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