Superconductividad de alta temperatura por encima de la temperatura de transición

Un equipo de científicos estadounidenses y japoneses han mostrado por primera vez que la "huella" espectroscópica de los superconductores de alta temperatura permanece inalterada a bastante temperatura por encima de aquella a la que la corriente puede ser transportada sin resistencia. Esto confirma que en ciertas condiciones puede darse la superconductividad a temperaturas más altas lo cual permitiría utilizar estos materiales para ahorro energético, si es que los científicos consiguen averiguar cómo conseguirlo.

Nuestras medidas demuestran la evidencia espectroscópica definitiva de que el material estudiado es un superconductor, incluso por encima de la temperatura crítica, pero uno sin la coherencia en la fase cuántica requerida para que la corriente fluya sin resistencia

declara Seamus Davis del Brookhaven National Laboratory y la Cornell University, que ha dirigido el equipo investigador. Davis ha sido recientemente seleccionado para liderar el Energy Frontier Research Center en Brookhaven financiado por el DoE y que examinará la naturaleza que subyace en la superconductividad de  materiales complejos.

La "huella" espectroscópica confirma que, a esas altas temperaturas, los electrones se emparejan como lo hacen en un superconductor, pero por algún motivo no cooperan de forma coherente para transportar corriente

dice Davis. La técnica y los descubrimientos, descritos en un paper publicado el 28 de Agosto de 2009 en Science, puede que demuestren qué puede inhibir la coherencia en la superconductividad a mayores temperaturas. Ese conocimiento, de paso, puede ayudar a los científicos a alcanzar la última meta del desarrollo de materiales superconductores para aplicaciones del mundo real, como líneas de corriente sin pérdidas.

Muchos estudios previos encontraron que en su estado "principal"en el óxido de cobre podría ser una "transición de fase cuántica incoherente" a superconductor. Un estado en el cual existen los pares de electrones pero no fluyen coherentemente como ocurre por debajo de la temperatura de transición.

Pero los métodos utilizados en esos estudios son indirectos. Cada uno de los resultados puede tener explicaciones alternativas. Lo que buscábamos era una señal incontestable.

afirma Davis. Valiéndose de métodos de espectroscopía y efecto túnel desarrollados desde hace muchos años, David y sus colaboradores pudieron hacer estudios extensos de los estados de superconductividad de un superconductor de óxido de cobre con bismuto, estroncio y calcio (llamado BSCCO). Estos estudios identificaron una firma espectroscópica detallada que contiene todos los detalles mecánico-cuánticos del estado superconductor.

El nuevo estudio ha sido diseñado para ver cómo esta firma cambia según se calienta el material por encima de la temperatura de transición, que es de 37K (-236ºC). Esto fue un desafío mayor, porque el método funciona mejor a temperaturas más bajas. A medida que el material se calienta, los electrones comienzan a moverse cada vez con másenergía, disminuyendo la resolución en las medidas.

Tuvimos que hacer una serie de modificaciones para aumentar significativamente la intensidad de la señal respecto del ruido para todas las medidas

dijo Davis. Algunas medidas fueron llevadas a cabo en un periodo de 10 días. Promediando las mediciones durante tanto tiempo, los científicos fueron capaces de atenuar el ruido de fondo y aislar la débil señal. El resultado fue definitivo

Hemos encontrado que la firma característica permanece sin cambios desde el estado superconductor hasta el estado "principal" (a temperaturas de 55K, 1.5 veces la temperatura de transición). No conocemos otra explicación de por qué esta firma debe permanecer inalterada más allá de que representa un estado superconductor incoherente, cuya existencia ha sido propuesta basándose en otro tipo de mediciones.

Si el estado principal es por tanto un superconductor incoherente el siguiente paso es averiguar el motivo.

¿Qué rompe la cooperación entre los pares de electrones? ¿Cual es el problema que abruma la superconductividad? Son preguntas que la técnica de Davis puede responder de forma cuantitativa. Por ejemplo, variando la composición química, el nivel de doping o las características de las capas de óxido de cobre en el material laminado, los científicos pueden medir la fuerza de las fluctuaciones de fase cuánticas que afectan a la cohesión del par electrónico.

Estas medidas pueden ayudar a los científicos a inducir superconductividad coherente a un mayor rango de temperaturas del posible anteriormente. Y esto podría ser un paso fundamental hacia las aplicaciones reales sin necesitar los carísimos equipos de refrigeración.

NOTA: Este artículo es una traducción libre de uno de PhysOrg.

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