Los materiales en estado superconductor son de gran interés para los científicos.
Esto se debe a propiedades raras (principalmente la capacidad de conducir electricidad con resistencia cero, sin pérdida de calor) que prometen transformar la informática, las redes de energía y el transporte.
Este fenómeno ocurre cuando los electrones libres se condensan en un estado cuántico de baja energía a temperaturas muy frías, emparejándose en lo que se llama pares de Cooper para que puedan atravesar materiales sin interferencias.
En 2007, los científicos predijeron la existencia de un tipo más exótico de movimiento de electrones, llamado onda de densidad de pares (PDW), donde los pares de Cooper forman patrones específicos mientras se mueven, como ondas en la arena.
Ahora, un equipo dirigido por investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign ha encontrado evidencia convincente de PDW en la superficie del metal diteluuro de uranio, y sus resultados se publicaron en PNAS.
Es más, se descubrió que los patrones persisten fuera del estado superconductor estándar, algo que nunca antes se había visto.
“Las ondas de densidad de pares son la sonrisa de la superconductividad del gato de Cheshire”, dice el físico Eduardo Fradkin de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
“Son el vestigio que queda una vez desaparecida la propia fase.
“En los superconductores convencionales, los pares de Cooper se forman cuando se produce la transición de fase completa, pero en este sistema, su observación en los PDW por encima del punto de transición muestra que se formaron de antemano en un estado diferente”.
El ditelluuro de uranio se convierte en un superconductor por debajo de aproximadamente 2,1 Kelvin (aproximadamente -271 °C o -456 °F) y es de particular interés para los investigadores, ya que se cree que es un raro superconductor de ‘triplete de espín’, en el que los electrones emparejados también tienen una orientación magnética diminuta.
Anteriormente se habían detectado signos de PDW en el metal, y aquí los investigadores observaron más de cerca utilizando una forma de ditelururo de uranio de alta calidad hecha a medida.
El material se sondeó mediante un microscopio de efecto túnel de barrido de campo magnético vectorial (STM), que puede medir respuestas magnéticas en múltiples direcciones arbitrarias.
“Una ventaja clave de nuestro experimento fue el equipo de imán vectorial recientemente desarrollado, que proporciona un rango de campo magnético inusualmente grande en múltiples direcciones”, dice el físico Zhen Zhu de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
“Al variar sistemáticamente tanto la magnitud como la dirección del campo, junto con la temperatura, pudimos rastrear cómo evolucionaron estos modos y generar confianza en que el comportamiento que observamos era intrínseco”.
Los investigadores agregaron modelos teóricos para explicar los patrones de carga que estaban viendo por debajo de la temperatura crítica requerida para la superconductividad, y también en un punto significativamente por encima de ella.
“Gracias a nuevos métodos para cultivar muestras de mayor calidad, pudimos observar firmas espectrales que responden a la temperatura y a los campos magnéticos exactamente como deberían hacerlo las ondas de densidad de pares”, dice el físico Vidya Madhavan de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign.
“Incluso demostramos que los modos persisten por encima de la temperatura a la que desaparece la superconductividad, una predicción teórica reveladora que no se ha observado de manera convincente hasta ahora”.
frameborder=”0″ enable=”accelerómetro; reproducción automática; escritura en portapapeles; medios cifrados; giroscopio; imagen en imagen; compartir web” referrerpolicy=”origen-estricto-cuando-origen-cruzado” enablefullscreen>Esto no significa que se esté produciendo superconductividad en masa en el ditelururo de uranio a temperaturas más altas, pero sí ayuda a los físicos a comprender cómo funcionan los pares de Cooper y cómo pueden existir fuera del estado superconductor convencional.
También podría ayudar a los investigadores a comprender mejor la física necesaria para desarrollar superconductores a temperaturas más altas. Estos avances podrían eventualmente hacer que estos materiales sean más utilizables.
Hay otro estado de ondulación de electrones llamado ondas de densidad de carga (CDW), donde algunos electrones adoptan patrones no uniformes. Comprender cómo se conectan estas ondas con los PDW será crucial para interpretar los resultados experimentales en el futuro.
“Los PDW son difíciles de analizar en materiales reales, porque se comportan como superconductores convencionales en algunos experimentos y como CDW en [others]”, afirma el físico Julian May-Mann de la Universidad de Stanford.
“Confirmar la existencia de un PDW requiere tanto datos experimentales de alta calidad como un análisis teórico cuidadoso”.
La investigación ha sido publicada en PNAS.
Este artículo fue verificado por Peter Dockrill y editado por Peter Dockrill. Si bien nos enorgullecemos de nuestro proceso, somos humanos. Si detecta un error, háganoslo saber.