Los físicos se han acercado a la transición que podría explicar por qué los óxidos de cobre tienen poderes superconductores tan impresionantes.
Resolviendo un debate de 20 años en el campo, encontraron que una misteriosa transición de fase cuántica asociada con la terminación de un régimen llamado "pseudogap" causa una fuerte caída en la cantidad de electrones conductores disponibles para emparejarse para la superconductividad.El equipo plantea la hipótesis de que lo que sea que esté sucediendo en este punto es probablemente la razón por la que los cupratos soportan la superconductividad a temperaturas mucho más altas que otros materiales, aproximadamente a la mitad de la temperatura ambiente.
"Es muy probable que la razón por la que la superconductividad crece en primer lugar, y la razón por la que crece con tanta fuerza, sea por ese punto crítico", dice Louis Taillefer Universidad de Sherbrooke, investigador principal de CIFAR. Los nuevos hallazgos se publican en Naturaleza .
Taillefer, director del programa de CIFAR en Materiales Cuánticos, colaboró con su equipo y CIFAR Cyril Proust Laboratoire National des Champs Magnétiques Intenses, Doug Bonn, Walter Hardy y Ruixing Liang los tres de la Universidad de Columbia Británica. El estudio combinóla experiencia de la Universidad de Columbia Británica en la fabricación de materiales de óxido de cobre conocidos como cupratos, la experiencia de la Universidad de Sherbrooke en sondearlos y los poderosos campos magnéticos producidos en el laboratorio de Toulouse.
Su trabajo es parte de un esfuerzo global para aprovechar la superconductividad, la transmisión de electricidad con resistencia cero en ciertos materiales, para mejorar en gran medida la eficiencia energética en muchas tecnologías. Los cupratos son los materiales más prometedores para ese propósito en este momento, pero elLa comunidad se enfrenta a un formidable problema de física: comprender la misteriosa fase de "pseudogap".
"Ese ha sido el debate durante 20 años: ¿qué está pasando en la fase de pseudogap?", Dice Taillefer.
El misterio ha permanecido sin resolver durante tanto tiempo principalmente porque cuando la superconductividad entra en acción, se vuelve difícil estudiar qué comportamientos están teniendo lugar debajo de ella. Con un campo magnético dos millones de veces mayor que el de la Tierra, el equipo de científicos logró eliminar la superconductividaden muestras de cuprato y observe de cerca la fase pseudogap a temperaturas cercanas al cero absoluto - 273 C.
En el punto de inestabilidad donde se establece el pseudogap, la estructura electrónica de los cupratos sufre un cambio radical. El número de electrones disponibles cae seis veces. Esto marca una transición de fase cuántica, un cambio fundamental de comportamiento dentro del material.
Los científicos creen que este nuevo trabajo creará un cambio importante en el enfoque de la investigación futura y conducirá a una nueva comprensión de las propiedades de los superconductores. Taillefer dice que este hallazgo señala el camino para descubrir la naturaleza del punto crítico y sufluctuaciones, y luego explorar cómo hacer que la superconductividad funcione a temperatura ambiente.
El descubrimiento sigue a una intensa investigación sobre el misterio del pseudogap, después de que el mismo grupo de investigadores de CIFAR descubriera los primeros signos de comportamiento extraño al observar oscilaciones cuánticas en 2007. "El desarrollo en Toulouse de mediciones de ruido muy bajo, crucial para el descubrimiento de la tecnología cuánticaoscilaciones en 2007, y ahora recientemente el diseño y la construcción de nuestro imán de 90 T, abrieron en conjunto una nueva ventana de capacidad, lo que nos permite mirar directamente al punto crítico del pseudogap ", dice Cyril Proust.
Subir Sachdev, miembro asociado de CIFAR Universidad de Harvard, dice que los hallazgos validan algunas de sus investigaciones teóricas recientes y establecen una dirección más clara para futuras investigaciones que se acercan a este punto crítico.
"Esto me entusiasma mucho trabajar en la teoría de un estado tan crítico", dice Sachdev. "Los nuevos experimentos realmente mejoran el panorama".
Taillefer dice que la investigación no habría sido posible sin CIFAR fomentando la colaboración en materiales cuánticos dentro de Canadá e internacionalmente. "Es realmente una historia pura de CIFAR", dice. Bonn agrega que el apoyo a largo plazo de CIFAR de colaboraciones en el desarrollo de materialesLas técnicas experimentales para estudiar los materiales han avanzado en el campo. "La colaboración UBC-Sherbrooke es un ejemplo particularmente exitoso y de larga duración, con cada nuevo descubrimiento experimental impulsando más el desarrollo de las muestras de materiales utilizadas en los experimentos", dice.
"Este avance es un ejemplo de cómo la colaboración global sostenida que reúne la experiencia diversa de todo el mundo es la forma más poderosa de hacer avanzar la ciencia y abordar importantes desafíos de sostenibilidad", dice el Dr. Alan Bernstein, presidente y director ejecutivo de CIFAR.
"Este descubrimiento demuestra una vez más la altísima calidad de la investigación del Prof. Taillefer. Él y su equipo han contribuido a nuestro éxito en la competición inaugural del Canada First Research Excellence Fund. Este éxito se consolida con la reciente creación de QuantumInstitute ", afirma el profesor Jacques Beauvais, vicepresidente de Investigación, Innovación y Emprendimiento.
La Universidad de Sherbrooke y la Universidad de Columbia Británica recibieron un total de $ 100 millones del Fondo de Excelencia en Investigación de Canadá First el año pasado para apoyar la investigación sobre materiales cuánticos y tecnologías cuánticas.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionados por Instituto Canadiense de Investigación Avanzada . Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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