Un estudio reciente publicado en Nature Communications realizado por investigadores del Politecnico di Milano, la Universidad Tecnológica Chalmers de Gotemburgo y la Universidad Sapienza de Roma arroja luz sobre uno de los muchos misterios de los superconductores basados en cobre de alta temperatura crítica. Incluso a temperaturas superiores a la crítica, son especiales y se comportan como metales "extraños". Esto significa que su resistencia eléctrica cambia con la temperatura de manera diferente a la de los metales normales.
La investigación insinúa la existencia de un punto crítico cuántico conectado a la fase denominada "metal extraño". Este descubrimiento, un importante paso adelante en la investigación de la superconductividad, podría allanar el camino para tecnologías sostenibles y contribuir a un futuro más respetuoso con el medio ambiente.
"Un punto crítico cuántico identifica condiciones específicas en las que un material sufre un cambio repentino en sus propiedades debido únicamente a efectos cuánticos. Al igual que el hielo se derrite y se vuelve líquido a 0°C debido a efectos microscópicos de temperatura, los cupratos se convierten en un metal 'extraño' porque de las fluctuaciones de carga cuántica", afirma Riccardo Arpaia, investigador del Departamento de Microtecnología y Nanociencia de Chalmers y autor principal del estudio.
La investigación se basa en experimentos de dispersión de rayos X realizados en el sincrotrón europeo ESRF y en el sincrotrón británico DLS. Revelan la existencia de fluctuaciones en la densidad de carga que afectan la resistencia eléctrica de los cupratos de tal manera que los vuelven "extraños". La medición sistemática de cómo varía la energía de estas fluctuaciones permitió identificar el valor de la densidad de portadores de carga en el que esta energía es mínima:el punto crítico cuántico.
"Este es el resultado de más de cinco años de trabajo. Utilizamos una técnica llamada RIXS, desarrollada en gran medida por nosotros en el Politécnico de Milán. Gracias a numerosas campañas de medición y a nuevos métodos de análisis de datos, pudimos demostrar la existencia del punto crítico cuántico Una mejor comprensión de los cupratos guiará el diseño de materiales aún mejores, con temperaturas críticas más altas y, por lo tanto, más fáciles de explotar en las tecnologías del mañana", añade Giacomo Ghiringhelli, profesor del Departamento de Física del Politécnico de Milán y. coordinador de la investigación.
Sergio Caprara, junto con sus colegas del Departamento de Física de la Universidad La Sapienza de Roma, ideó la teoría que asigna a las fluctuaciones de carga un papel clave en los cupratos. Dice:"Este descubrimiento representa un avance importante en la comprensión no sólo de las propiedades anómalas del estado metálico de los cupratos, sino también de los mecanismos aún oscuros que subyacen a la superconductividad a alta temperatura".
Más información: Riccardo Arpaia et al, Firma de criticidad cuántica en cupratos por fluctuaciones de densidad de carga, Nature Communications (2023). DOI:10.1038/s41467-023-42961-5
Información de la revista: Comunicaciones sobre la naturaleza
Proporcionado por la Universidad Politécnica de Milán
