Los físicos hallan una nueva explicación para el “pegamento” de la superconductividad

Un equipo de investigadores del Boston College liderador por la Profesora Asistente Vidya Madhavan han identificado una explicación alternativa para los orígenes microscópicos del “pegamento” que une los electrones durante la superconductividad a alta temperatura, de acuerdo con los resultados publicados en la edición del 13 de diciembre de la revista científica Nature.

Efecto Meissner en un superconductor

Investigando el tema altamente debatido de la superconductividad a altas temperaturas, Madhavan y sus colegas identificaron una señal de la entidad cuántica conocida como espín, en contra de la energía vibratoria previamente identificada como potencial explicación para el “pegamento” que une los electrones.

“El hecho de que esta firma exista es importante debido a que es un potencial candidato para este pegamento que une a los electrones en un estado de superconductividad a altas temperaturas”, dijo Madhavan, experimentadora de materia condensada que ha permanecido en el Boston College durante los últimos cinco años.

“Aplicando nuestra herramienta de investigación – la microscopia de tunelado por escaneo – a un material que no ha sido estudiado con anterioridad, tenemos una nueva ventana a esta pregunta crítica de qué es lo que mantiene unidos a los electrones durante la superconductividad”, dijo Madhavan.

A pesar de su descubrimiento hace 20 años, los superconductores a alta temperatura aún guardan muchos misterios a los científicos. La promesa de la superconductividad es la transmisión ultraeficiente de la electricidad – lo que en último término redefine el uso de la energía y un incontable número de otros procesos. Lograr un estado de superconductividad – el punto donde se unen electrones normalmente imposibles de unir – sólo tiene lugar a temperaturas extremadamente frías, aproximadamente 100 grados Kelvin – unas cinco veces el frío que experimentamos a 0 grados Celsius.

Madhavan y su equipo de colaboradores del Boston College – Francis C. Niestemski, Shankar Kunwar, Sen Zhou, el Profesor Hong Ding, y el Profesor Ziqiang Wang, junto con Pengcheng Dai y Shiliang Li de la Universidad de Tennessee – necesitaron ocho meses de experimentación en el laboratorio de Higgins Hall. Allí, el equipo usó la microscopia de tunelado de escaneo (STM) para examinar cómo los electrones se comportan en un material superconductor cuando son súper-enfriados con helio líquido y estudiados con un minúsculo flujo de corriente eléctrica de nanoamperios.

La mayoría de los materiales superconductores estudiados hasta ahora estaban “dopados con huecos” lo que significa que los electrones eran eliminados de los planos de óxido de cobre – las áreas responsables para la superconductividad – dejando tras ellos huecos los cuales proceden a superconducir. Pero existe otra familia de materiales conocida como superconductores dopados con electrones, donde los electrones son añadidos a los planos de óxido de cobre. Los científicos sospechan que los materiales dopados con electrones deberían ser similares a los dopados con huecos dado que la superconductividad tiene lugar en los mismos planos de óxido de cobre en ambos materiales. Pero existen muy pocos estudios sobre estos materiales dopados con electrones.

Usando materiales dopados con huecos, los investigadores han encontrados signos de que las vibraciones entrelazadas, o fonones, estaban implicadas en la superconductividad y pueden incluso ser el desconocido “pegamento” que une los electrones.

El equipo de Madhavan hace la primera incursión en el estudio de un material dopado con electrones (conocido como PLCCO) usando STM, el cual depende puramente de un fenómeno cuántico conocido como “tunelado”. STM permitió a los investigadores tomar imágenes y estudiar las propiedades electrónicas del material a la escala de átomos individuales.

Las medidas del STM revelaron una firma de las excitaciones que podrían originarse a partir del espín en lugar de las vibraciones del entramado, confirmando por primera vez las teorías sobre que las excitaciones del espín deberían ser consideradas críticas como el “pegamento”de la superconductividad a alta temperatura.

Madhavan compara el descubrimiento del equipo con hallar sólo una pequeña parte de un rompecabezas. Pero en el campo de la superconductividad, los pequeños descubrimientos son importante dado hacen avanzar el campo cada vez más cerca descubrimiento de una teoría microscópica de guía que pueda explicar la superconductividad o el esquivo pegamento de su núcleo.

Puede que no exista una única explicación para el acoplamiento electrónico, de tal forma que los científicos tendrán que reevaluar las posibles explicaciones de la naturaleza de la superconductividad en su intento de descubrir los misterios físicos tras el prometedor, aunque esquivo, fenómeno.

“Ver el trabajo de los profesores e investigadores del Departamento de Física del Boston College en la revista Nature es un reconocimiento del destacado trabajo de gran calidad realizado por los Profesores Madhavan, Ding y Wang”, dijo el Catedrático del Departamento de Física, Profesor Michael Naughton. “Este es el último avance en ciencias naturales que surge del Boston College y refleja los resultados de nuestra inversión estratégica en instalaciones y profesorado en estas áreas”.



Fecha Original: 20 de diciembre de 2007
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