Nueva fase exótica en los superconductores de alta temperatura

Dibujo201300606 electronic order - cuprates

En 1986 se descubrió la superconductividad de alta temperatura en cupratos (óxidos de cobre). En 1988 se predijo que en ellos, de forma espontánea, ciertos electrones se organizan en vórtices de corriente que actúan como un atasco de tráfico para el resto. En 1997 se calculó su efecto en los fonones (vibraciones de los iones que forman la estructura cristalina) esta nueva fase exótica de la materia. Gracias a ultrasonidos se ha medido dicho efecto confirmando esta predicción. ¿Podría estar relacionada con el origen de la superconductividad de alta temperatura? Gracias a la espectroscopía de resonancia por ultrasonidos, que realiza una ecografía del material, se observa que la nueva fase depende de la temperatura y del dopaje con “huecos” del material, afectando a la temperatura crítica del superconductor; se cree que los “atascos de tráfico” electrónico de la nueva fase exótica actúan como una especie de “pegamento” para los pares de Cooper responsables de la superconductividad. Aunque el origen de la nueva fase exótica de la materia no está claro y tampoco su acción detallada sobre los pares de Cooper, este nuevo descubrimiento experimental podría abrir una línea de ataque muy prometedora para resolver uno de los grandes misterios de la física actual, el origen de la superconductividad de alta temperatura. Por supuesto, serán necesarios nuevos estudios mediante ultrasonidos de la nueva fase en otros cupratos ya que este estudio se ha limitado a YBa2Cu3O6+δ. Nos lo cuenta Jan Zaanen, “High-temperature superconductivity: The sound of a hidden order,” Nature 498: 41–42, 06 Jun 2013, que se hace eco del artículo técnico de Arkady Shekhter et al., “Bounding the pseudogap with a line of phase transitions in YBa2Cu3O6+δ,” Nature 498: 75–77, 06 Jun 2013.

Dibujo1300605 The phase diagram of YBa2Cu3O6plusDelta

La nueva fase exótica depende del dopado P del cuprato (es decir, de la introducción de átomos con un electrón menos en la capa más externa que introducen “huecos”). Para un dopaje con “huecos” bajo, la nueva fase exótica presenta “atasco de tráfico” electrónico muy fuertes y la temperatura crítica de la superconductividad es “baja” (unos 61,6 K para el YBa2Cu3O6,60); conforme el dopaje con “huecos” crece, la nueva fase se debilita de forma gradual y la temperatura crítica para el superconductor crece (hasta unos 88 K para el YBa2Cu3O6,98). La nueva fase exótica se transforma en una fase ya conocida llamada “metal extraño” (un líquido de Fermi de electrones cuya conductividad depende de la temperatura como una ley de potencias en lugar de como una función lineal). El origen físico de la nueva fase exótica no se conoce, pero se cree que podría ser desvelado gracias a las técnicas de teoría de cuerdas (AdS/CFT) que se utilizan para entender los “metales extraños.”

Dibujo201300606 Frequency scan across the resonances - Geometry of the crystal-transducer assembly

La espectroscopía de resonancia por ultrasonidos (RUS) utiliza un sistema piezoeléctrico que excita el cristal y mide su respuesta mecánica. Las resonancias asociadas a la nueva fase aparecen alrededor de 2 MHz y lo que se oberva en el experimento es cómo varían con la temperatura las frecuencias de resonancia, variación debida a los cambios en el estado termodinámico del cristal (que debe ser de muy alta calidad).Los cristales de YBCO ultrapuros utilizados en los experimentos tienen unas dimensiones de 1x1x0,2 mm y una masa inferior a un miligramo. Los experimentos realizados no son sencillos, pero se cree que en un futuro también podrán ser realizados con otros cupratos. Observar la nueva fase exótica en otros superconductores de alta temperatura será fundamental para confirmar la hipótesis de que tiene un importante papel en su origen.

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Un pensamiento en “Nueva fase exótica en los superconductores de alta temperatura

  1. “En 1988 se predijo que en ellos, de forma espontánea, ciertos electrones se organizan en vórtices de corriente que actúan como un atasco de tráfico para el resto”.

    En efecto, las ondas de choque crean vórtices que ralentizan/atascan el desplazamiento de las moléculas, lo que nos lleva a una paradoja: en ciertos medios y bajo determinadas condiciones la velocidad de las moléculas dificultan su desplazamiento; mientras más rápidas son, más turbulencias crean.

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