Físicos descubren un material que puede cambiar el futuro de la superconductividad

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Físicos descubren un material que puede cambiar el futuro de la superconductividad

Representación artística de de una red de pirocloro. / Robotitus

Físicos de la Universidad Rice han descubierto un material único en su tipo. Se trata de un metal cristalino tridimensional en el cual las correlaciones cuánticas y la geometría de la estructura cristalina se combinan para impedir el movimiento de los electrones y atraparlos en su lugar.

El hallazgo, publicado en Nature Physics, describe el principio de diseño teórico y la metodología experimental que llevaron al equipo de investigación a este material. Con una parte de cobre, dos partes de vanadio y cuatro partes de azufre, la aleación presenta una red de pirocloro en 3D compuesta por tetraedros que comparten esquinas.

 

Mundo cuántico 

El equipo de investigación utilizó espectroscopia de fotoemisión con resolución de ángulo (ARPES) para mapear meticulosamente la estructura de bandas de este nuevo material. Los resultados mostraron una banda plana en el nivel de Fermi, una característica distintiva que subraya los papeles entrelazados de las correlaciones cuánticas y la geometría del cristal en el comportamiento de los electrones. Aunque esta banda plana se había observado anteriormente en cristales 2D, es la primera vez que se identifica en un material 3D. 

Los materiales cuánticos son propicios para fenómenos como el entrelazamiento cuántico, debido a su capacidad de albergar fuertes interacciones electrónicas. Este entrelazamiento, contribuye a la inmovilización inusual de los electrones, similar a las ondas estacionarias.

Nos encontramos ante un territorio desconocido en la física, puesto que la colaboración entre la complejidad geométrica y las interacciones entre partículas electrónicas conduce a la formación de este estado único. Este logro amplía las posibilidades de entender y aprovechar los materiales cuánticos.

 

Jianwei Huang, investigador postdoctoral de la Universidad Rice, con el aparato de laboratorio que utilizó para llevar a cabo experimentos de espectroscopía de fotoemisión de ángulo resuelto en una aleación de cobre-vanadio. Los experimentos mostraron que la aleación es el primer material conocido en el que la estructura cristalina tridimensional y las fuertes interacciones cuánticas frustran el movimiento de los electrones y los mantienen en su lugar, resultando en una banda electrónica plana. Jeff Fitlow/Universidad Rice.

 

Proyecciones

En la materia sólida, los electrones ocupan estados cuánticos en diferentes bandas, siendo el nivel de Fermi fundamental para las propiedades electrónicas. En el nuevo material, la banda plana en el nivel de Fermi influye en las características físicas, ofreciendo una frontera prometedora para futuras investigaciones experimentales. El principio de diseño predictivo del Si, parte integral de este descubrimiento, allana el camino para que los teóricos identifiquen otros materiales donde surgen bandas planas debido a fuertes correlaciones electrónicas.

Este fenómeno abre nuevas posibilidades en la investigación de los cristales de pirocloro en 3D, sugiriendo futuros hallazgos similares a los descubiertos en estudios de redes de Kagome. Destaca la importancia de seguir explorando en el campo de los materiales cuánticos, donde nuevos estados y características esperan ser descubiertos con la colaboración de teóricos y experimentadores.

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