En el panteón de los superconductores no convencionales, el seleniuro de hierro es una estrella de rock. Pero nuevos experimentos de físicos estadounidenses, chinos y europeos han descubierto que la personalidad magnética del material es inesperadamente mundana.
el físico Pengcheng Dai de la Universidad de Rice, autor correspondiente de un estudio de los resultados publicado en línea esta semana en Materiales naturales , ofreció esta evaluación básica del seleniuro de hierro: "Es un superconductor a base de hierro de variedad natural. La física fundamental de la superconductividad es similar a la que encontramos en todos los demás superconductores a base de hierro".
Esa conclusión se basa en datos de experimentos de dispersión de neutrones realizados durante el año pasado en los EE. UU., Alemania y el Reino Unido. Los experimentos produjeron las primeras mediciones de las propiedades magnéticas dinámicas de los cristales de seleniuro de hierro que habían sufrido un cambio estructural característico queocurre cuando el material se enfría pero antes de que se enfríe hasta el punto de superconductividad.
"El seleniuro de hierro es completamente diferente de todos los demás superconductores basados en hierro en varios aspectos", dijo Dai, profesor de física y astronomía en Rice y miembro del Centro de Materiales Cuánticos de Rice RCQM. "Tiene el más simpleestructura, que se compone de solo dos elementos. Todos los demás tienen al menos tres elementos y una estructura mucho más complicada. El seleniuro de hierro es también el único que no tiene orden magnético ni compuesto original ".
Desde 2008 se han descubierto docenas de superconductores a base de hierro. En cada uno, los átomos de hierro forman una hoja 2D que se intercala entre las hojas superior e inferior formadas por otros elementos. En el caso del seleniuro de hierro, las hojas superior e inferior sonselenio puro, pero en otros materiales estas hojas están hechas de dos o más elementos. En el seleniuro de hierro y otros superconductores a base de hierro, los átomos de hierro en la hoja central 2D están espaciados en forma de tablero de ajedrez, exactamente a la misma distancia entre sí en ambos lados.dirección izquierda-derecha y direcciones adelante-atrás.
A medida que los materiales se enfrían, experimentan un ligero cambio estructural. En lugar de cuadrados exactos, los átomos de hierro forman rombos oblongos. Estos son como diamantes de béisbol, donde la distancia entre el home y la segunda base es más corta que la distancia entre la primera y la terceraY este cambio entre los átomos de hierro hace que los superconductores basados en hierro exhiban un comportamiento direccionalmente dependiente, como una mayor resistencia eléctrica o conductividad solo en la dirección del hogar al segundo o del primero al tercero.
Los físicos se refieren a este comportamiento direccionalmente dependiente como anisotropía o nematicidad, y aunque se sabe que la nematicidad estructural ocurre en el seleniuro de hierro, Dai dijo que ha sido imposible medir el orden electrónico y magnético exacto del material debido a una propiedad conocida como hermanamiento. El hermanamiento ocurre cuando se apilan capas de cristales 2D orientados al azar. Imagínese 100 diamantes de béisbol apilados uno encima del otro, con la línea entre el plato de home y la segunda base variando aleatoriamente para cada uno.
"Incluso si hay un orden electrónico direccionalmente dependiente en una muestra hermanada, no se puede medir porque esas diferencias se promedian y se termina midiendo un efecto neto de cero", dijo Dai. "Tuvimos que destwin muestras de seleniuro de hierro paraver si había un orden electrónico nemático ".
El autor principal del estudio, Tong Chen, estudiante de doctorado de tercer año en el grupo de investigación de Dai, resolvió el problema del hermanamiento aprovechando hábilmente un estudio de 2014 en el que Dai y sus colegas aplicaron presión para detwin cristales de arseniuro de hierro y bario. Era imposible aplicarel mismo método para el seleniuro de hierro porque los cristales eran 100 veces más pequeños, por lo que Chen pegó los cristales más pequeños sobre los más grandes, razonando que la presión necesaria para alinear la muestra más grande también haría que las capas de seleniuro de hierro se alinearan.
Chen pasó semanas creando varias muestras para probar en haces de dispersión de neutrones. Se tuvieron que alinear entre 20 y 30 cuadrados de 1 milímetro de seleniuro de hierro y colocarlos encima de cada cristal de arseniuro de hierro y bario. Y aplicar cada uno de los pequeños cuadrados fue un trabajo minuciosoque involucró un microscopio, pinzas y pegamento especial sin hidrógeno que cuesta casi $ 1,000 por onza.
El trabajo valió la pena cuando Chen analizó las muestras y descubrió que el seleniuro de hierro estaba desmembrado. Esas pruebas con haces de dispersión de neutrones en el Laboratorio Nacional Oak Ridge, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología, la Universidad Técnica de Munich y el Laboratorio Rutherford-Appleton del Reino Unidotambién mostró que el comportamiento electrónico del seleniuro de hierro es muy similar al de otros superconductores de hierro.
"La conclusión clave es que las correlaciones magnéticas que están asociadas con la superconductividad en el seleniuro de hierro son altamente anisotrópicas, al igual que en otros superconductores de hierro", dijo Dai. "Ese ha sido un punto muy controvertido, porque el seleniuro de hierro, a diferencia detodos los demás superconductores a base de hierro, no tienen un compuesto original que exhiba un orden antiferromagnético, lo que ha llevado a algunos a sugerir que la superconductividad surgió en el seleniuro de hierro de una manera completamente diferente a la que surge en estos otros. Nuestros resultados sugieren que ese no es el caso. No necesitas un método completamente nuevo para entenderlo ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Rice . Original escrito por Jade Boyd. Nota: el contenido se puede editar por estilo y longitud.
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