Los investigadores han descubierto y explicado una forma inusual de superconductividad que sólo aparece bajo campos magnéticos extremadamente fuertes. El trabajo fue publicado bajo la dirección del físico Andrei Nevidomsky de la Universidad Rice. ciencia y describe cómo el ditelururo de uranio (UTe2) forma un halo superconductor distinto cuando se expone a condiciones magnéticas intensas.
En circunstancias normales, los campos magnéticos alteran los superconductores. Incluso los campos relativamente modestos debilitan la superconductividad, mientras que los campos fuertes suelen eliminarla por completo una vez que se alcanza un límite crítico. UTE2 Esto rompe las reglas. En 2019, los científicos descubrieron que pueden existir superconductores en campos magnéticos cientos de veces más fuertes de lo que pueden soportar los materiales ordinarios.
“Cuando vi por primera vez los datos experimentales, me quedé estupefacto”, dijo Navidomsky, miembro del Instituto Rice de Materiales Avanzados y del Centro Rice de Materiales Cuánticos. “La superconductividad fue inicialmente suprimida por el campo magnético como se esperaba, pero luego reapareció en campos más altos y fue vista sólo como una dirección de campo estrecha. No hubo una explicación inmediata para este comportamiento desconcertante”.
Una “resurrección” superconductora en campos extremos
Observado por primera vez por equipos de la Universidad de Maryland (UMD) y el Instituto Nacional de Estándares y Tecnología (NIST), este extraño comportamiento rápidamente llamó la atención de la comunidad física. En UTE2La superconductividad desaparece por debajo de 10 Tesla, que ya es un campo muy fuerte, pero inesperadamente regresa con intensidades de campo superiores a 40 Tesla.
Los científicos han llamado a este avivamiento la fase de Lázaro. Parece que esta fase depende en gran medida del ángulo entre el campo magnético y la estructura cristalina del material.
Trabajando con colaboradores de la UMD y el NIST, Nevidomskyy ayudó a mapear cómo esta superconductividad de alto campo cambia con la dirección. Sus mediciones muestran que la región superconductora forma una forma toroidal o de rosquilla que gira alrededor de un eje específico dentro del cristal.
“Nuestras mediciones revelaron un halo superconductor tridimensional que envuelve el eje b sólido del cristal”, dijo Sylvia Lewin del NIST, coautora principal del estudio. “Fue un resultado sorprendente y hermoso”.
Construyendo un modelo para explicar hola.
Para comprender lo que estaba sucediendo, Nevidomsky desarrolló un modelo teórico que podría explicar las observaciones sin depender demasiado de detalles microscópicos inciertos. El modelo utiliza un enfoque fenomenológico, centrándose en el comportamiento general en lugar de los procesos subyacentes exactos que unen los electrones en pares de Cooper.
Los resultados coincidieron estrechamente con los datos experimentales, sobre todo porque la superconductividad cambia de forma inusual en la dirección del campo magnético. El modelo muestra cómo la orientación juega un papel importante a la hora de determinar si la superconductividad persiste o regresa en UTe.2.
Cómo interactúan el magnetismo y la superconductividad
El estudio también reveló que los pares de Cooper en este material se comportan como si tuvieran un momento angular como un objeto en rotación. Cuando se aplica un campo magnético, interactúa con este movimiento, creando un efecto direccional que crea el patrón de halo observado.
Esta idea ayuda a explicar cómo el magnetismo y la superconductividad pueden coexistir en materiales con fuertes propiedades direccionales como la UT.e2.
“Una de las observaciones experimentales es un aumento repentino en la magnetización de la muestra, lo que llamamos transición metamagnética”, dijo Peter Chezka del NIST, coautor principal del estudio. “La superconductividad de campo alto aparece sólo cuando la magnitud del campo alcanza este valor, que a su vez depende en gran medida del ángulo”.
Los científicos todavía están debatiendo qué causa esta transición metamagnética y cómo afecta a la superconductividad. Navidomsky dice que el nuevo modelo podría ayudar a aclarar esta cuestión abierta.
“Si bien aún no se comprende la naturaleza del enlace de par en este material, saber que los pares de Cooper llevan un momento magnético es un hallazgo clave de este estudio y debería ayudar a guiar investigaciones futuras”, dijo.
Equipo de investigación y soporte.
La investigación involucró a Corey Frank y Nicholas Buch del NIST; Hyeok Yuon, Yun Suk Eo, Johnpierre Paglione y Gicela Saucedo Salas de la UMD; y G. del Laboratorio Nacional de Los Álamos. Timothy Noé y John Singleton. La financiación fue proporcionada por el Departamento de Energía de EE. UU. y la Fundación Nacional de Ciencias.
