Un experimento apoya la existencia de un nuevo tipo de superconductor

Un equipo dirigido por Yale ha encontrado la evidencia más sólida hasta el momento de un nuevo tipo de material superconductor que canaliza la electricidad sin pérdida de energía de otra forma.

El descubrimiento también brinda apoyo tangible a una teoría sostenida durante mucho tiempo sobre la superconductividad: que podría basarse en la nematicidad electrónica, una fase de la materia en la que las partículas rompen su simetría rotacional.

Esto significa lo siguiente: en cristales de seleniuro de hierro mezclados con azufre, los átomos de hierro están ubicados en una cuadrícula. A temperatura ambiente, un electrón en un átomo de hierro no puede distinguir entre direcciones horizontales y verticales. Pero a temperaturas más bajas, el electrón puede entrar en una fase "nemática", donde comienza a preferir moverse en una dirección u otra.

En algunos casos, el electrón puede comenzar a fluctuar entre preferir una dirección y luego la otra. Esto se llama fluctuación nemática.

Durante décadas, los físicos han intentado demostrar la existencia de la superconductividad debido a las fluctuaciones nemáticas, con poco éxito. Pero el nuevo estudio, un esfuerzo multiinstitucional dirigido por Eduardo H. da Silva Neto, es prometedor según un comunicado de Yale.

Los hallazgos aparecen en la revista Nature Physics.

"Partimos de la intuición de que algo interesante estaba sucediendo en ciertos materiales de seleniuro de hierro mezclados con azufre, relacionado con la relación entre la superconductividad y las fluctuaciones nemáticas", dijo da Silva Neto, quien es profesor adjunto de física en la Facultad de Artes y Ciencias de Yale y miembro del Instituto de Ciencias de la Energía en el Campus Oeste de Yale.

"Estos materiales son ideales porque muestran orden nemático y superconductividad sin algunos de los inconvenientes, como el magnetismo, que pueden dificultar su estudio", dijo da Silva Neto. "Se puede separar el magnetismo de la ecuación".

Pero no es fácil. Para el estudio, los investigadores enfriaron materiales basados en hierro a una temperatura de menos de 500 milikelvins durante un período de varios días. Para rastrear el material, utilizaron un microscopio de efecto túnel de barrido (STM), que toma imágenes de los estados cuánticos de los electrones a nivel atómico.

Centrando sus estudios en los seleniuros de hierro con fluctuaciones nemáticas máximas, los investigadores buscaron un "hueco superconductor", un indicador bien establecido de la existencia y la fuerza de la superconductividad. Las imágenes del STM permitieron a los investigadores encontrar un hueco que coincidía exactamente con la superconductividad causada por la nematicidad electrónica.

"Esto ha sido difícil de demostrar, porque hay que hacer las difíciles mediciones del STM a temperaturas muy bajas para poder medir el hueco con precisión", dijo da Silva Neto. "El siguiente paso es observar aún más de cerca. Si seguimos aumentando el contenido de azufre, ¿qué pasará con la superconductividad? ¿Morirá? ¿Volverán las fluctuaciones de espín? Surgen varias preguntas que exploraremos a continuación".