Los científicos del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU., La Universidad de Cornell, y sus colaboradores han producido la primera evidencia directa de un estado de materia electrónica que los teóricos predijeron por primera vez en 1964. El descubrimiento, descrito en un artículo publicado en línea el 13 de abril de 2016en Naturaleza , puede proporcionar información clave sobre el funcionamiento de los superconductores de alta temperatura.
La predicción era que los "pares de electrones Cooper" en un superconductor podrían existir en dos estados posibles. Podrían formar un "superfluido" donde todas las partículas están en el mismo estado cuántico y todas se mueven como una sola entidad, transportando corriente conresistencia cero, lo que generalmente llamamos un superconductor. O los pares de Cooper podrían variar periódicamente en densidad a través del espacio, una llamada "onda de densidad de pares de Cooper". Durante décadas, este estado novedoso ha sido esquivo, posiblemente porque ningún instrumento es capaz deobservando que existía.
Ahora un equipo de investigación dirigido por JC Séamus Davis, físico en Brookhaven Lab y James Gilbert White Distinguished Professor en Ciencias Físicas en Cornell, y Andrew P. Mackenzie, Director del CPMS del Instituto Max-Planck en Dresden, Alemania,ha desarrollado una nueva forma de utilizar un microscopio de túnel de exploración STM para obtener imágenes de pares de Cooper directamente.
Los estudios fueron realizados por el investigador asociado Mohammed Hamidian ahora en Harvard y el estudiante graduado Stephen Edkins Universidad de St. Andrews en Escocia, trabajando como miembros del grupo de investigación de Davis en Cornell y con Kazuhiro Fujita, físico en BrookhavenDepartamento de Física de Materia Condensada y Ciencia de Materiales del Laboratorio.
La superconductividad se descubrió por primera vez en metales enfriados casi a cero absoluto -273.15 grados Celsius o -459.67 Fahrenheit. Materiales recientemente desarrollados llamados cupratos - óxidos de cobre unidos con otros átomos - superconductos a temperaturas tan "altas" como 148 grados por encimacero absoluto -125 grados Celsius. En los superconductores, los electrones se unen en pares que son magnéticamente neutros para que no interactúen con los átomos y puedan moverse sin resistencia.
Hamidian y Edkins estudiaron un cuprato que incorpora bismuto, estroncio y calcio Bi 2 Sr 2 CaCu 2 O 8 usando un STM increíblemente sensible que escanea una superficie con resolución subnanométrica, en una muestra que se refrigera a unas pocas milésimas de grado por encima del cero absoluto.
A estas temperaturas, los pares de Cooper pueden saltar distancias cortas de un superconductor a otro, un fenómeno conocido como el túnel de Josephson. Para observar los pares de Cooper, los investigadores bajaron brevemente la punta de la sonda para tocar la superficie y recoger un copo deel material de cuprate. Los pares de Cooper podrían entonces hacer un túnel entre la superficie superconductora y la punta superconductora. El instrumento se convirtió, dijo Davis, en "el primer microscopio de túnel Josephson de exploración del mundo".
El flujo de corriente hecho de pares de Cooper entre la muestra y la punta revela la densidad de los pares de Cooper en cualquier punto, y mostró variaciones periódicas a través de la muestra, con una longitud de onda de cuatro celdas de unidades de cristal. El equipo había encontrado un par de Cooperestado de onda de densidad en un superconductor de alta temperatura, lo que confirma la predicción de 50 años.
Un hallazgo colateral fue que los pares de Cooper no se veían cerca de unos pocos átomos de zinc que se habían introducido como impurezas, lo que hacía que el mapa general de los pares de Cooper se convirtiera en "queso suizo".
Los investigadores notaron que su técnica podría usarse para buscar ondas de densidad de pares de Cooper en otros cupratos, así como en superconductores a base de hierro descubiertos más recientemente.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por DOE / Laboratorio Nacional Brookhaven . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :