La onda de densidad de carga está asociada con distorsiones atómicas en un potencial superconductor.

Este artículo ha sido revisado de acuerdo con Science X’s proceso de edición
Y Políticas.
editores Resalta los siguientes atributos mientras aseguras la credibilidad del contenido:

Revisión de hechos

Publicación revisada por pares

fuente confiable

Corrección de pruebas

Esta imagen muestra las posiciones de los átomos (esferas azules) que forman la red cristalina de un superconductor de óxido de cobre, superpuestos en un mapa de distribución de carga electrónica (el amarillo es una densidad de carga alta, las manchas oscuras son baja) en estados ordenados por carga . Normalmente, los átomos pueden vibrar uno al lado del otro (las sombras representan los sitios intermedios cuando vibran). Pero cuando se enfría hasta el punto en que aparece una onda de densidad de carga similar a una escalera, las posiciones atómicas viajan a lo largo de «pistas» y las vibraciones se detienen, bloqueando los átomos en su lugar. Comprender estos estados de ordenación de cargas puede ayudar a los científicos a desbloquear otras reacciones que conducen a la superconductividad a baja temperatura. Crédito: Laboratorio Nacional de Brookhaven

¿Qué hace que algunos materiales transporten corriente sin resistencia? Los científicos están tratando de desentrañar las propiedades complejas. Aprovechar esta propiedad, conocida como superconductividad, podría conducir a líneas eléctricas completamente eficientes, computadoras ultrarrápidas y una serie de avances de eficiencia energética. entender estos materiales que no es La superconductividad es una parte esencial de la búsqueda para desbloquear este potencial.

«Para resolver el problema, necesitamos comprender las muchas fases de estos materiales», dijo Kazuhiro Fujita, físico del Departamento de Física de la Materia Condensada y Ciencia de los Materiales del Laboratorio Nacional Brookhaven del Departamento de Energía de EE. UU. En un nuevo estudio recién publicado en X revisión físicaFujita y sus colegas buscaron una explicación para una rareza observada en una fase que coexiste con la fase superconductora de un superconductor de óxido de cobre.

La anomalía fue la misteriosa desaparición de la energía vibratoria de los átomos que forman la red cristalina de la materia. «Los rayos X muestran que los átomos vibran de ciertas formas», dijo Fujita. Pero a medida que el material se enfría, los estudios de rayos X han demostrado que uno de los modos de vibración se detiene.

«Nuestro estudio exploró la relación entre la estructura reticular y la estructura electrónica de este material para ver si podíamos entender lo que estaba pasando», dijo Fujita.

READ  Programa de monitoreo que rastrea enfermedades transmitidas por mosquitos

El equipo de Brookhaven utilizó un instrumento llamado espectroscopia de tunelización de exploración de imágenes (SI-STM). Limpiando la superficie del material en capas usando billonesCon una precisión de hasta un metro, pueden mapear átomos y medir las distancias entre ellos, mientras miden simultáneamente la carga eléctrica en cada ubicación en una escala atómica.

Las mediciones fueron lo suficientemente sensibles como para detectar las posiciones promedio de los átomos a medida que vibraban, y mostraron cómo esas posiciones cambiaron y se fijaron en su lugar cuando cesaron las vibraciones. También demostraron que la latencia vibratoria anómala está directamente relacionada con la aparición de una ‘onda de densidad de carga’, una distribución de densidad de carga estandarizada en el material.

Kazuhiro Fujita (izquierda) con los coautores de Brookhaven Lab, Genda Gu y John Tranquada, todos miembros del Departamento de Física de la Materia Condensada y Ciencia de los Materiales de Brookhaven Lab, frente a la espectroscopia de imágenes y el microscopio de túnel de barrido (SI-STM) utilizados en este estudio . Crédito: Laboratorio Nacional de Brookhaven

Fujita explicó que los electrones que componen la onda de densidad de carga están localizados, lo que significa que están en posiciones fijas, separados de los electrones más móviles que transportan corriente y que finalmente forman la fase superconductora. Estos electrones localizados forman un patrón repetitivo de densidades más altas y más bajas que se pueden visualizar como escaleras colocadas una al lado de la otra (ver diagrama). Es la aparición de este patrón lo que distorsiona las vibraciones naturales de los átomos y cambia sus posiciones a lo largo de la dirección de los «grados».

«A medida que disminuye la temperatura y aparece la onda de densidad de carga (CDW), la energía de las vibraciones disminuye», dijo Fujita. «Al medir simultáneamente tanto la distribución de carga como la estructura atómica, puedes ver cómo la apariencia del CDW mantiene a los átomos en su lugar».

READ  La vacuna contra la viruela del mono ahora está disponible en Sudáfrica en medio de una nueva advertencia

«Este resultado indica que cuando los átomos vibran, la onda de densidad de carga interactúa con la red y apaga la red. Detiene las vibraciones y deforma la red», dijo Fujita.

El microscopio de túnel de barrido de espectroscopia (SI-STM) utilizado en este estudio se encuentra en el Laboratorio Nacional de Brookhaven. Crédito: Laboratorio Nacional de Brookhaven

Esta es otra pista de cómo dos propiedades de una fase de un material superconductor pueden unirse. Pero todavía queda mucho por descubrir sobre este material prometedor, dijo Fujita.

«Hay tantas variables. Los electrones y la red son solo dos variables. Tenemos que observarlas todas y cómo interactúan entre sí para comprender realmente estos materiales», dijo.

más información:
Zengyi Du et al, Desplazamiento atómico periódico y visualización de interacción de red de electrones en cuprato, X revisión física (2023). DOI: 10.1103/PhysRevX.13.021025

Información del diario:
X revisión física


Deja una respuesta

Tu dirección de correo electrónico no será publicada. Los campos obligatorios están marcados con *