Investigadores de la Universidad de Maryland, el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología NIST, el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético NHMFL y la Universidad de Oxford han observado un raro fenómeno llamado superconductividad reentrante en el material ditellurida de uranio.El descubrimiento promueve el caso de la ditellurida de uranio como un material prometedor para su uso en computadoras cuánticas.
Apodado "superconductividad de Lázaro" después del personaje bíblico que resucitó de entre los muertos, el fenómeno ocurre cuando surge un estado superconductor, se rompe y luego vuelve a emerger en un material debido a un cambio en un parámetro específico, en este caso,la aplicación de un campo magnético muy fuerte. Los investigadores publicaron sus resultados el 7 de octubre de 2019 en la revista Física de la naturaleza .
Una vez rechazado por los físicos por su aparente falta de propiedades físicas interesantes, el ditellurida de uranio está teniendo su propio momento de Lázaro. El estudio actual es el segundo en tantos meses ambos publicados por miembros del mismo equipo de investigación para demostrar inusual y sorprendenteestados de superconductividad en el material.
"Este es un superconductor recientemente descubierto con una gran cantidad de otros comportamientos no convencionales, por lo que ya es extraño", dijo Nicholas Butch, profesor adjunto asistente de física en la UMD y físico en el Centro NIST para la Investigación de Neutrones ". [Lazarussuperconductividad] casi seguramente tiene algo que ver con la novedad del material. Hay algo diferente allí ".
La investigación anterior, publicada el 16 de agosto de 2019 en la revista Science, describió el estado fundamental raro y exótico conocido como superconductividad del triplete de espín en el ditellurida de uranio. El descubrimiento marcó la primera pista de que la ditellurida de uranio merece una segunda mirada, debidoa sus propiedades físicas inusuales y su alto potencial para su uso en computadoras cuánticas.
"Este es realmente un material notable y nos mantiene muy ocupados", dijo Johnpierre Paglione, profesor de física en la UMD, director del Centro de Nanofísica y Materiales Avanzados de la UMD CNAM; que pronto pasará a llamarse Centro de Materiales Cuánticosy un coautor del artículo. "La ditellurida de uranio puede muy bien convertirse en el superconductor de triplete de" libro de texto "que la gente ha estado buscando durante docenas de años y es probable que tenga más sorpresas guardadas. Podría ser el próximo rutenato de estroncio -- otro superconductor spin-triplete propuesto que se ha estudiado durante más de 25 años ".
La superconductividad es un estado en el que los electrones viajan a través de un material con una eficiencia perfecta. Por el contrario, el cobre, que es el segundo después de la plata en términos de su capacidad para conducir electrones, pierde aproximadamente el 20% de energía sobre las líneas de transmisión de larga distancia, ya que los electrones chocan dentro del material durante el viaje.
La superconductividad de Lazarus es especialmente extraña, porque los campos magnéticos fuertes generalmente destruyen el estado superconductor en la gran mayoría de los materiales. Sin embargo, en el ditellurida de uranio, un campo magnético fuerte junto con condiciones experimentales específicas causó que la superconductividad de Lazarus surgiera no solo una vez, sino dos veces.
Para Butch, Paglione y su equipo, el descubrimiento de esta rara forma de superconductividad en ditellurida de uranio fue fortuito; el autor principal del estudio, el investigador asociado de CNAM Sheng Ran, sintetizó el cristal accidentalmente mientras intentaba producir otro compuesto a base de uranio.El equipo decidió probar algunos experimentos de todos modos, a pesar de que la investigación previa sobre el compuesto no había arrojado nada inusual.
La curiosidad del equipo pronto se vio recompensada muchas veces. En el artículo anterior de Science, los investigadores informaron que la superconductividad de ditellurida de uranio involucraba configuraciones de electrones inusuales llamadas tripletas de espín, en las que pares de electrones están alineados en la misma dirección.Los superconductores, las orientaciones, llamadas espines, de los electrones emparejados apuntan en direcciones opuestas. Estos pares se denominan algo contraintuitivamente singletes. Los campos magnéticos pueden interrumpir más fácilmente los singletes, matando la superconductividad.
Los superconductores triples de giro, sin embargo, pueden soportar campos magnéticos mucho más altos. Los primeros hallazgos del equipo los llevaron a NHMFL, donde una combinación única de imanes de campo muy alto, instrumentación capaz y experiencia residente permitió a los investigadores impulsar aún más el ditellurida de uranio.
En el laboratorio, el equipo probó ditellurida de uranio en algunos de los campos magnéticos más altos disponibles. Al exponer el material a campos magnéticos de hasta 65 teslas, más de 30 veces la fuerza de un imán de resonancia magnética típico, el equipo intentóencontrar el límite superior en el que los campos magnéticos aplastan la superconductividad del material. Butch y su equipo también experimentaron con la orientación del cristal de ditellurida de uranio en varios ángulos diferentes en relación con la dirección del campo magnético.
Aproximadamente a 16 teslas, el estado superconductor del material cambió abruptamente. Si bien murió en la mayoría de los experimentos, persistió cuando el cristal se alineó en un ángulo muy específico en relación con el campo magnético. Este comportamiento inusual continuó hasta aproximadamente 35 teslas, en ese punto toda la superconductividad desapareció y los electrones cambiaron su alineación, entrando en una nueva fase magnética.
A medida que los investigadores aumentaron el campo magnético mientras continuaban experimentando con ángulos, descubrieron que una orientación diferente del cristal producía otra fase superconductora que persistía en al menos 65 teslas, la fuerza de campo máxima que el equipo probó. Fue un récordde alto rendimiento para un superconductor y marcó la primera vez que se encontraron dos fases superconductoras inducidas por el campo en el mismo compuesto.
En lugar de matar la superconductividad en el ditellururo de uranio, los campos magnéticos altos parecieron estabilizarlo. Si bien aún no está claro exactamente qué está sucediendo a nivel atómico, Butch dijo que la evidencia apunta a un fenómeno fundamentalmente diferente a todo lo que los científicos han visto hasta la fecha.
"Voy a arriesgarme y decir que probablemente sean diferentes, cuánticamente diferentes, de otros superconductores que conocemos", dijo Butch. "Creo que es lo suficientemente diferente como para esperartomará un tiempo descubrir qué está pasando "
Además de su física que desafía las convenciones, el ditellurida de uranio muestra todos los signos de ser un superconductor topológico, al igual que otros superconductores spin-triplet, agregó Butch. Sus propiedades topológicas sugieren que podría ser un componente particularmente preciso y robusto en las computadoras cuánticasdel futuro.
"El descubrimiento de esta 'superconductividad de Lazarus' en campos de récord probablemente se encuentre entre los descubrimientos más importantes que emerjan de este laboratorio en sus 25 años de historia", dijo el director de NHMFL, Greg Boebinger. "No me sorprendería.si desentrañar los misterios de la ditellurida de uranio conduce a manifestaciones aún más extrañas de superconductividad en el futuro ".
Esta versión fue adaptada del texto proporcionado por el Laboratorio Nacional de Alto Campo Magnético.
Además de Butch, Paglione y Ran, los coautores del trabajo de investigación afiliados a la UMD incluyen al investigador postdoctoral de física Yun Suk Eo; los estudiantes de posgrado en física I-Lin Liu, Daniel Campbell y Christopher Eckberg; el estudiante de pregrado en física Paul Neves, físicaWesley Fuhrman, asistente de la facultad; Hyunsoo Kim, científica investigadora asistente de CNAM QMC y Shanta Saha, científica asociada de investigación de CNAM QMC.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Maryland . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cite esta página :