Investigadores de la Universidad Tecnológica de Chalmers y el Politecnico di Milano han identificado un nuevo aspecto crucial de las modulaciones de densidad de carga en superconductores de alta temperatura crítica de cuprate. Han identificado una nueva onda de electrones que podría ayudar a revelar algunos de los misterios sobre los materiales superconductores. Los hallazgosse publican en la revista ciencia .
Los superconductores de alta temperatura crítica tienen una densidad de carga variable, lo que significa que su carga eléctrica está distribuida de manera desigual. Esto se debe en parte a lo que se conoce como 'ondas de densidad de carga', que se descubrieron hace unos años. Pero solo se han observadoexisten esporádicamente, bajo ciertas condiciones, por lo tanto, no se cree que sean un factor que contribuya a las propiedades superconductoras de los materiales.
Sin embargo, lo que los investigadores han descubierto ahora es un aspecto adicional a la densidad de carga variable, que denominan "fluctuaciones de densidad de carga". Se han identificado como una modulación de carga adicional, colectiva y con una longitud de correlación más corta.muy penetrante, lo que significa que, en comparación con las ondas de densidad de carga convencionales, están presentes en un rango de temperaturas mucho mayor, hasta temperatura ambiente y más allá, y en diferentes niveles de dopaje de oxígeno.
"Estas fluctuaciones de densidad de carga podrían ser un ingrediente crucial de las propiedades de temperatura no convencionales de los superconductores de alta temperatura crítica, algo que desafía nuestra comprensión común del transporte de carga en metales", dice Riccardo Arpaia, investigador postdoctoral del Departamento deMicrotecnología y Nanociencia en Chalmers, quien llevó a cabo la investigación.
"Se podría decir que las ondas de densidad de carga, que ya eran muy conocidas, eran solo la punta del iceberg. Las fluctuaciones de densidad de carga que ahora hemos identificado son como la masa oculta del iceberg", dice Riccardo Arpaia ".Los descubrimientos fueron posibles gracias a los principales desarrollos de las técnicas de dispersión de rayos X basadas en sincrotrón, y a la calidad de las muestras que hemos utilizado ".
Las muestras fueron fabricadas en el Consejo Nacional de Investigación de Italia en Napoli y en el grupo de investigación de Chalmers dirigido por la profesora Floriana Lombardi.
Otro hallazgo del documento analiza cómo evolucionan las fluctuaciones de la densidad de carga con la temperatura del material. Mientras que las ondas de densidad de carga previamente conocidas cambian abruptamente tan pronto como se alcanza la temperatura crítica, es decir, dependiendo de si el materialestá en un estado superconductor o no, las fluctuaciones de densidad de carga recién descubiertas no se ven afectadas por la superconductividad. Esto indica que las dos características no están "en competencia" entre sí. Este hallazgo podría fortalecer la teoría de los investigadores de que las fluctuaciones de densidad de cargason la clave para explicar el misterio de estos materiales.
Debido a que los superconductores funcionan a temperaturas tan bajas, requieren enfriamiento a partir de helio líquido o nitrógeno líquido, lo que los hace costosos y difíciles de usar fuera de ciertas aplicaciones comerciales. Pero si se pudiera hacer que un superconductor trabaje más cerca de la temperatura ambiente, podría haberenorme potencial. Por lo tanto, hay mucho interés en mejorar nuestra comprensión de cómo funciona esta clase de superconductores.
Giacomo Ghiringhelli, profesor de Física en el Politecnico di Milano dice acerca de la investigación: "Desde 2012, cuando se observaron por primera vez las ondas de densidad de carga en cupratos, su importancia no había sido discutida, pero su papel no había quedado claro. La carga recién observadaLas fluctuaciones de densidad parecen ser una propiedad muy general de estos materiales, lo que significa que es probable que estén jugando un papel crucial en el transporte de corriente eléctrica en cupratos ".
Más información sobre superconductores
Los superconductores son materiales que, cuando se exponen a una temperatura determinada, conocida como "temperatura crítica", adquieren de repente nuevas propiedades increíbles, principalmente, que pueden conducir una carga eléctrica con resistencia cero.
La mayoría de los superconductores actualmente en uso comercial se conocen como baja temperatura crítica, que generalmente significa menos de -240 grados Celsius. Mientras tanto, los superconductores de alta temperatura crítica son aquellos que exhiben propiedades superconductoras a una temperatura algo más alta, aunque todavía cientos de grados por debajocero. Los tipos más comunes se conocen como 'cupratos', hechos de una mezcla de cobre y oxígeno: fue esta clase particular de superconductores lo que los investigadores investigaron.
dispersión de rayos X inelástica resonante
Los investigadores identificaron las fluctuaciones de densidad de carga mediante el uso de una técnica conocida como dispersión inelástica resonante de rayos X. RIXS es una técnica de espectroscopía, donde los fotones radiación de rayos X se dispersan de un material debido a la interacción con nubes electrónicas.
RIXS es, como lo sugiere el nombre, una técnica resonante, ya que la energía de los fotones incidentes coincide y, por lo tanto, resuena, con una transición electrónica específica el borde Cu L3 a? 931 eV, en el caso ilustrado en el documentoEsto mejora fuertemente la señal. Por esta razón, RIXS representa actualmente la mejor técnica para la detección de modulaciones de densidad de carga débil con longitudes de correlación particularmente cortas, que van incluso más allá de los límites previos establecidos por la dispersión de neutrones y las técnicas de microscopía de túnel de exploración.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad Tecnológica de Chalmers . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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