viernes, 13 de julio de 2012

Descubren una nueva clase de superconductores exóticos poco convencionales

Investigadores ingleses han descubierto una nueva clase de superconductores exóticos poco convencionales.

La superconductividad es uno de los más fascinantes fenómenos conocidos por la humanidad. Cuando un superconductor se enfría hasta su temperatura crítica, el flujo de electrones, el cual es responsable de la conducción de electricidad a través del material, se somete a una reorganización radical. Los electrones forman pares de Copper y dichas parejas se condensan en un estado cuántico único y colectivo, lo que significa que todos se comportan como una sola entidad. Esto permite la manifestación de efectos mecánico cuánticos, los cuales normalmente están confinados al mundo de las partículas submicroscópicas, a una escala que es visible a simple vista.

Los estudios recientes sobre superconductividad se han centrado en la estructura interna de esos pares de Cooper. Mientras en los superconductores convencionales, y también en algunos superconductores de altas temperaturas, los electrones en pares de Cooper tiene sus espines intrínsecos apuntando en direcciones opuestas, de manera que el espín total de la pareja de Cooper es cero, en otros superconductores tripletes más exóticos, los espines electrónicos se alinean, de manera que las parejas de Cooper tiene algo de espín intrínseco de si mismos. Este es el caso, por ejemplo, del rutenato de estroncio Sr2RuO4, el cual es el ejemplo paradigmático del superconductor triplete. Sin embargo, mientras que en rutenato de estroncio los espines de los pares de Cooper están orientados aleatoriamente, de manera que no hay espin neto del condensado de pares de Cooper en este material, en otros tripletes superconductores no unitarios incluso más exóticos, los espines de los pares de Copper apuntan en una dirección particular. Esto se produce porque los electrones cuyos espines apuntan en aquella dirección es más probable que formen un par, que otros electrones.



Hasta hace relavitamente poco, sin embargo, todos los superconductores tripletes no unitarios conocidos lo eran por una razón simple, los materiales eran ferromagnéticos, lo que significa que estaban magnetizados de manera natural y por tanto, incluso antes del inicio de la superconductividad, los espines de sus electrones, los cuales actúan como pequeñas barras de imanes, ya estaban alineados en una dirección dada. Esto cambió en 2009, cuando tres investigadores anunciaron que el superconductor LaNiC2 era un superconductor triplete no unitario. Esto fue sorprendente porque dicho material no es ferromagnético, lo que significa que tenían que haber algún mecanismo por el cual los electrones que se emparejaban en pares de Cooper lo hacían con sus espines alineados en una dirección particular. ¿Cómo elegían esa dirección? ¿Tenía algo que ver en ello su inusual estructura cristalina, la cual no es simétrica bajo inversión?

Ahora, el equipo actual ha proporcionado evidencias de otro material con esta exótica propiedad, llamado LaNiGa2. Como en casos previos, las medidas se llevaron a cabo usando la técnica de rotación del espín del muón. En esta técnica, un potente acelerador de partículas es usado para bombardear una lámina de grafito con un haz de protones, produciendo muones, una partícula subatómica que es posteriormente implantada en el material a estudiar. Tras unos microsegundos, el muón se desintegra, emitiendo un positrón que es detectado por el aparato experimental. La dirección de la emisión del positrón contiene información acerca de la distribución a escala atómica de la magnetización dentro del material.

Al contrario que su primo LaNiC2, la estructura cristalina del nuevo superconductor tiene simetría bajo inversión, pero la similitud química de ambos componentes sugiere que hay dos instancias de una nueva familia de superconductores que tienen paridad no unitaria triple incluso aunque no sean ferromagnéticos. Una posible explicación, los investigadores muestran, en un razonamiento muy general basado en las simetrías fundamentales de la naturaleza, que la tendencia natural en estos materiales es magnetizarse bajo la influencia de campos magnéticos aplicados de forma externa, lo que se conoce como paramagnetismo, y que puede llevar al desarrollo de una magnetización en respuesta a los momentos magnéticos de los pares de Cooper por si mismos. En otras palabras, mejor que confiar en algunas de las magnetizaciones pre-existentes, los momentos magnéticos de los pares de Cooper por si mismos crean el magnetismo necesario para que la magnetización sea energéticamente favorable, en consecuencia la paridad no unitaria triple puede conformarse por si misma. Esta puede ser una analogía superconductora de la manera en que el magnetismo se desarrolla en materiales ferromagnéticos. Una confirmación de este escenario sería bastante espectacular, ya que es una nueva forma de magnetismo generado por superconductividad.

Via University of Huddersfield,

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