Durante casi quince años, los materiales de Kagome con sus estructuras en forma de estrella que recuerdan los patrones de la cestería japonesa han inspirado la investigación global. Sólo desde 2018 los científicos han podido sintetizar en el laboratorio compuestos metálicos con esta estructura. Gracias a su geometría cristalina única, los metales kagome combinan propiedades electrónicas, magnéticas y superconductoras únicas, lo que los hace prometedores para futuras tecnologías cuánticas. El profesor Ronny Thomale del Grupo de Excelencia ct.qmat de Würzburg-Dresden – Complejidad y Topología en Materia Cuántica, y Catedrático de Física Teórica de la Universidad de Würzburg (JMU), proporcionó información clave sobre esta clase de materiales con sus primeras predicciones teóricas. proporcionó Hallazgos recientes publicados en Nature sugieren que estos materiales podrían dar lugar a nuevos componentes electrónicos, como diodos superconductores.
Kagome, la superconductora, sacudió la ciencia.
En una preimpresión publicada en línea el 16 de febrero de 2023, el equipo del profesor Thomley propuso que los metales kagome pueden exhibir un tipo único de superconductividad, con patrones ondulatorios dentro de las subredes del par de Cooper divididos. Cada “punto de estrella” tiene un número diferente de pares de Cooper. La teoría de Thomale ha sido probada directamente por primera vez en un experimento internacional y ha causado sensación en todo el mundo. Esto anula la hipótesis anterior de que los metales kagome solo pueden albergar pares de Cooper (o formas de onda) uniformemente distribuidos. Los pares de Cooper, llamados así en honor al físico Leon Cooper, forman pares de electrones a temperaturas extremadamente bajas y son esenciales para la superconductividad. Trabajando colectivamente, pueden crear un estado cuántico y atravesar el superconductor de Kagome sin ninguna resistencia.
“Inicialmente, nuestra investigación sobre metales kagome como el antimonio potasio vanadio (KV3SB5) se centra en los efectos cuánticos de los electrones individuales, que, aunque no son superconductores, pueden mostrar un comportamiento ondulatorio en el material”, explica Thomley. “Intentamos encontrar otros fenómenos cuánticos a temperaturas muy bajas. Esto condujo al descubrimiento de. el superconductor de Kagome Sin embargo, la investigación física global en materiales de Kagome está todavía en sus inicios”, señala Thomley.
Transmitir movimiento ondulatorio
“La física cuántica está familiarizada con el fenómeno de una onda de densidad de par, una forma especial de condensado superconductor. Como todos sabemos por la cocina, cuando el vapor se enfría, se condensa en un líquido. Algo similar sucede con los metales kagome. A temperaturas extremadamente bajas A temperaturas de alrededor de -193 grados Celsius, los electrones del material se reorganizan y redistribuyen en ondas, lo que se conoce desde el descubrimiento de las ondas de densidad de carga “, el Dr. estudiante Hendrik Höhmann y su colega Matteo Derringel son contribuyentes clave al trabajo teórico. “Cuando la temperatura desciende a -272 grados (casi cero), los electrones se unen como pares. Estos pares de Cooper se condensan en un fluido cuántico que también se propaga en ondas a través del material, de manera resistiva. “Pak permite la superconductividad. , entonces los electrones se mueven hacia pares de Cooper”.
Investigaciones anteriores sobre metales kagome han demostrado tanto la superconductividad como la distribución espacial de los pares de Cooper. El nuevo descubrimiento sorprendente es que estos pares pueden distribuirse no sólo de manera uniforme, sino también en un patrón similar a una onda dentro de sustratos atómicos, un fenómeno conocido como “superconductividad modulada sublática”. Dürrnagel añade: “La presencia de ondas de densidad de pareja en KV3SB5 En última instancia, la superconductividad se debe a la distribución ondulatoria de los electrones a una temperatura de 80 grados. Esta combinación de efectos cuánticos preserva el potencial crítico”.
Los investigadores de ct.qmat ahora están buscando metales Kagome donde los pares de Cooper exhiben modulación local sin que surjan ondas de densidad de carga antes de la superconductividad. Los candidatos prometedores ya están estudiando.
El efecto Josephson, ganador del Premio Nobel, permite avances.
El experimento, precursor de la detección directa de pares de Cooper distribuidos en patrones ondulantes dentro del metal kagome, fue desarrollado por Jia Xin Yin de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur en Shenzhen, China. Utilizó un microscopio de efecto túnel equipado con una punta superconductora capaz de observar directamente las uniones de Cooper. El diseño de esta punta de un solo átomo se basa en el efecto Josephson, ganador del Premio Nobel. Se pasa una corriente superconductora entre la punta del microscopio y la muestra, lo que permite la medición directa de la distribución de los pares de Cooper.
“Los hallazgos actuales son otro hito hacia los dispositivos cuánticos energéticamente eficientes. Si bien estos efectos actualmente sólo son observables a nivel atómico, una vez que se logre la superconductividad de Kagome a escala macroscópica, nuevos componentes superconductores pueden ser factibles para la investigación”. dice el profesor Thomley.
Perspectiva
Aunque en Munich se ha instalado el cable superconductor más largo del mundo, todavía se están realizando intensas investigaciones sobre componentes electrónicos superconductores. Los primeros diodos superconductores ya se han desarrollado en el laboratorio, pero se basan en combinaciones de diferentes materiales superconductores. Por el contrario, los superconductores únicos de Kagome, con su inherente modulación local de pares de Cooper, actúan como diodos, ofreciendo interesantes posibilidades para la electrónica superconductora y los circuitos sin pérdidas.
