Un equipo dirigido por investigadores del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. Y la Universidad de Cornell ha caracterizado una disposición clave de electrones en un superconductor de alta temperatura, un material que puede conducir electricidad casi sin pérdida de energía sin estar ultra enfriado.El material es miembro de una familia de compuestos superconductores a base de cobre y oxígeno, los cupratos, que son los principales candidatos para numerosas aplicaciones potenciales de alto impacto, incluida la generación, el almacenamiento y la transmisión de electricidad extremadamente eficientes a través de la red eléctrica de la nación.
El fenómeno que estudiaron se conoce como onda de densidad electrónica. A diferencia de los otros electrones en el material, que se mueven libremente, la onda de densidad es una fase electrónica fija periódica que parece competir con la fase superconductora y obstaculizarla. Muchos investigadorescreen que la onda de densidad es la clave para desbloquear los cupratos: si pueden comprender completamente la onda de densidad electrónica, dicen, pueden determinar cómo suprimirla o eliminarla para inducir la superconductividad, posiblemente incluso a temperatura ambiente.Para lograr este objetivo, primero deben obtener una comprensión profunda de las causas de la onda de densidad electrónica.
Este estudio, publicado en la edición en línea del 26 de octubre de 2015 de Física de la naturaleza , es el primero en identificar los orígenes e influencias a escala atómica que producen la onda de densidad en los cupratos.
"En un metal, tienes electrones que van en todas direcciones, con una amplia gama de energías y momentos. Es casi como un gas de electrones", dijo el científico principal del estudio, Séamus Davis, físico de Brookhaven y el JG WhiteDistinguido Profesor de Ciencias Físicas en Cornell. "¿Cuál de estos electrones proporciona los componentes que componen el estado de onda de densidad en los cupratos? Pudimos responder esta pregunta. Identificamos tanto la energía como el momento de los electrones relevantes".
Otra pieza del rompecabezas de cuprate
Hay varios miembros conocidos de la familia de los cupratos. El "mejor" descubierto hasta ahora funciona como un superconductor a aproximadamente 140 Kelvin -130 Celsius, aproximadamente a medio camino entre el cero absoluto -273 ° C y la temperatura ambiente 21° C. Todos tienen estructuras en capas, con superconductividad que tiene lugar en las capas cristalinas de óxido de cobre CuO2, cada una de una sola molécula de espesor. Además de la fase superconductora, estos materiales exhiben otra misteriosa forma de orden electrónico, denominado "pseudogap""fase. Aunque se entiende muy poco en general, su escala energética característica, llamada brecha energética, está bien establecida. El grupo de Davis y otros han estudiado esta fase ampliamente."
El año pasado, junto con los investigadores dirigidos por el físico de la Facultad de Ingeniería Brookhaven / Columbia University, Simon Billinge, el equipo estableció el primer vínculo firme entre la desaparición de la onda de densidad dentro de la fase de pseudogap y la aparición, según lo declarado por Davis, de "electrones de flujo libre universalmente necesarios para una superconductividad sin restricciones "[ver:] http://www.bnl.gov/newsroom/news.php?a=11637 ].
En este trabajo más reciente, dirigido en Brookhaven por el físico Kazuhiro Fujita, el resultado más importante parece sugerir otro vínculo íntimo entre la onda de densidad electrónica y la fase de pseudogap: la energía característica de la modulación de la onda de densidad es igual a la energía de pseudogapAdemás, demostraron que los electrones que forman la onda de densidad electrónica tienen el momento característico en el que aparece el pseudogap. La implicación fundamental es que el estado del pseudogap es de alguna manera el "padre" del estado de onda de densidad.
Imágenes de electrones con electrones
El novedoso enfoque experimental y el concepto del estudio en sí fueron concebidos después de que uno de los autores del artículo, el físico teórico de la Universidad de Harvard, Subir Sachdev, reflexionara sobre el comportamiento diferente de la onda de densidad electrónica a lo largo de los diferentes enlaces de la célula unitaria de CuO2.
"Al observar algunos de los datos pasados tomados por el grupo de Davis, noté que el comportamiento de los electrones era exclusivo de los enlaces horizontales del avión CuO2", dijo. "Me preguntaba si esta podría ser la onda de densidad de carga".
Se puso en contacto con Davis y comenzaron a diseñar el experimento. Le propusieron una nueva forma de estudiar un cuprate, una que ningún otro grupo había probado: una poderosa técnica de imagen desarrollada por Davis, llamada imagen de subredes, que se realiza mediante un túnel de escaneo especializadomicroscopio STM capaz de determinar la estructura electrónica en diferentes subconjuntos de átomos en el cristal, las llamadas subredes.
Un STM toma imágenes de una muestra utilizando electrones; el tipo utilizado aquí puede "ver" detalles más pequeños que la celda unitaria del cristal de CuO2. Utiliza una punta metálica muy afilada, colocada extremadamente cerca de la superficie de la muestra, menos de una décima parte dea un nanómetro de distancia. Luego se aplica un pequeño voltaje a través de la punta y la muestra, lo que, debido a su proximidad, permite que los electrones "tunelen" a través del espacio de vacío entre la punta y la muestra. La velocidad de los electrones que pasan a través de la puntaEs decir, la corriente es una medida de la densidad de electrones en la pequeña región de la muestra directamente debajo de ella. Entonces, a medida que la punta pasa a través de la superficie de la muestra, crea una imagen espacial de la densidad de electrones y, por separado, delred cristalina.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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