Los superconductores basados en hierro son realmente distintos
Escrito por Kanijo en Física, Materiales
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| Levitación magnética en un superconductor |
Experimentos de dispersión de neutrones han revelado una pista importante sobre por qué una familia recientemente descubierta de materiales basados en hierro superconducen a temperaturas relativamente altas. Estas medidas fueron realizadas por investigadores de los Estados Unidos y el Reino Unido y demuestran que el “hueco de energía de superconducción” en tales materiales es distinto al que encontramos en los superconductores de cuprato. Esto sugiere que está en funcionamiento un nuevo mecanismo de superconductividad.
La superconductividad tiene lugar cuando un material es enfriado por debajo de cierta temperatura y sus electrones conductores forman pares que pueden fluir sin resistencia. El hueco de energía de superconducción, el cual es una propiedad física importante de un superconductor, es la energía requerida para romper uno de esos pares. De hecho, medir la naturaleza precisa de este hecho es crucial para comprender la física de la superconductividad.
En un superconductor convencional de baja temperatura, como el plomo, los físicos saben que el hueco es perfectamente simétrico con respecto a la dirección del momento de los electrones. Tales superconductores pueden describirse usando la Teoría BCS, desarrollada en 1975 por John Bardeen, Leon Cooper y Robert Schrieffer. La teoría demuestra que los pares de electrones se crean como resultado de las interacciones entre electrones y átomos vibratorios en el material.
No obstante, en otros materiales, tales como los superconductores de cuprato de alta temperatura (high–Tc), el hueco no es perfectamente simétrico, sino que tiene distintos lóbulos descritos como simetría de “onda-d”. Dado que la Teoría BCS requiere un hueco simétrico, no puede usarse para explicar el comportamiento de los superconductores de alta temperatura. Aunque parece haber una fuerte relación entre los huecos con la simetría usual y la superconductividad high-Tc, los físicos aún están intentando comprender el mecanismo de emparejamiento de tales materiales.
¿Simétrico o no?
Para complicar el tema aún más, la nueva familia de superconductores high-Tc basados en arseniuro de hierro que descubrieron los físicos el año pasado no parece encajar ni en los modelos BCS ni en los cupratos. Cuando los huecos de energía de estos materiales se miden usando la técnica estándar de espectroscopía de fotoemisión de resolución angular (ARPES), los huecos parecen ser simétricos — pero la Teoría BCS es incapaz de explicar por qué son superconductores a temperaturas relativamente altas.
Algunos físicos se han dado cuenta de que sería posible tener un hueco que es perfectamente simétrico en términos de magnitud, pero con una fase positiva para algunos electrones y una fase negativa para otros. Un hueco con tal simetría “S±” podría estar relacionado con el comportamiento high-Tc del arseniuro de hierro.
Ahora, Ray Osborn y sus colegas de los Laboratorios Nacionales Argonne y Oak Ridge y la Universidad del Noroeste en los Estados Unidos el Laboratorio Rutherford Appleton (RAL) en el Reino Unido han usado una dispersión inelástica de neutrones para encontrar la primera prueba experimental de simetría S± en un superconductor de arseniuro de hierro que contiene algo de bario y potasio (Ba0.6K 0.4 Fe 2As2).
Merlin revela excitación magnética
El equipo usó el espectrómetro Merlin en la instalación de dispersión de neutrones ISIS en el Laboratorio Rutherford Appleton del Reino Unido (Nature 456 930). Se dispararon pulsos de neutrones sobre el material y las distribuciones de momento y energía de los neutrones dispersados fueron medidas. El equipo encontró que los neutrones estaban causando una excitación magnética en el material en un único momento y energía — lo cual creen que sólo puede ocurrir si el hueco de energía tiene una simetría S±. De acuerdo con Osborn, esta simetría no había sido detectada antes debido a que ARPES no es tan sensible a la fase del hueco.
Osborn dijo a physicsworld.com que la simetría S± tiene “profundas consecuencias para la naturaleza de la interacción de emparejamiento”. Al contrario que la interacción BCS, la cual es atractiva en distancias cortas, Osborn dice que la simetría S± implica que el mecanismo de emparejamiento en su superconductor es repulsivo a distancias cortas y atractivo a distancias mayores. “Esta es una información importante para los teóricos”, dijo, pero advirtió que “esto no dice cuál es el mecanismo real preciso”.
De acuerdo con Igor Mazin del Laboratorio de Investigación Naval en Washington, el descubrimiento indica que es muy probable que el mecanismo que cause la superconductividad en los materiales high-Tc de arseniuro de hierro sea distinta de la de los cupratos o los materiales BCS convencionales.
Mazin también apuntó que la simetría S± también significa que es probable que el magnetismo esté implicado en la interacción de emparejamiento y que una mejor comprensión de los materiales de arseniuro de hierro será clave para comprender su superconductividad.
Osborn y sus colegas ya están planeando hacer más experimentos de dispersión de neutrones en muestras de cristales únicos (en lugar de policristalinas), las cuales deberían revelar más información sobre el hueco S±.
Autor: Hamish Johnston
Fecha Original: 8 de enero de 2009
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Interesante articulo, buena sintesis del fenomeno de la superconductividad.