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Un hallazgo sorprendente para los físicos del estado sólido indica un comportamiento electrónico inusual

Una imagen de láser-PEEM que muestra la disposición de los electrones en una muestra de material IBSC. En esta técnica, las imágenes están hechas de luz láser que ilumina la muestra en dos direcciones diferentes. El dicroísmo lineal (LD) se refiere a la diferencia entre las imágenes tomadas desde estas dos direcciones de iluminación; Le permite ver detalles que no podría ver de otra manera, como la distribución de electrones en este caso. Crédito: Shen et al.

Mientras estudiaban el comportamiento de los electrones en materiales superconductores a base de hierro, los investigadores de la Universidad de Tokio notaron una extraña señal relacionada con la forma en que se organizan los electrones. La señal apunta a una nueva disposición de electrones que los investigadores llaman onda del laúd, y esperan colaborar con físicos teóricos para comprenderla mejor. La onda filamentosa podría ayudar a los investigadores a comprender la forma en que los electrones interactúan entre sí en los superconductores.


Un sueño de larga data de los físicos del estado sólido es comprender completamente el fenómeno de la superconductividad, esencialmente conducción electrónica sin la resistencia que genera calor y drena energía. Presagiaría un mundo completamente nuevo de dispositivos que son increíblemente eficientes o poderosos y que ya se están utilizando en el tren expreso de levitación magnética experimental en Japón. Pero hay mucho que explorar en este tema complejo y, a menudo, sorprende a los investigadores con observaciones y resultados inesperados.

El profesor Shik Shin del Instituto de Física del Estado Sólido de la Universidad de Tokio y su equipo estudian la forma en que se comportan los electrones en materiales superconductores a base de hierro, o IBSC. Estos materiales muestran mucha esperanza de que puedan funcionar a temperaturas más altas que otros materiales. materiales superconductores Es una preocupación importante. También utiliza componentes de materiales menos exóticos, por lo que puede ser más fácil y económico trabajar con ellos. Para activar la capacidad superconductora de una muestra, el material debe enfriarse a varios cientos de grados bajo cero. Y suceden cosas interesantes durante este proceso de enfriamiento.

Una nueva ola de investigación de electrones

Diagrama de la configuración experimental ideado por el equipo. Crédito: Shen et al.

“Cuando las IBSC se enfrían hasta cierto nivel, expresan un estado que llamamos nematicidad electrónica”, dijo Shane. “Aquí es donde la red cristalina de un material y los electrones dentro de él parecen estar dispuestos de manera diferente según el ángulo en el que se mire, lo que se conoce como anisotropía. Esperamos que la forma en que están dispuestos los electrones esté estrechamente relacionada con la forma en que la red cristalina circundante pero nuestra última observación muestra algo completamente diferente y, de hecho, bastante sorprendente “.

Shin y su equipo utilizaron una tecnología patentada desarrollada por su grupo llamada láser-PEEM (microscopía electrónica de emisión óptica) para visualizar su muestra IBSC a escala microscópica. Esperaban ver un patrón familiar repitiéndose cada pocos nanómetros (mil millonésimas de metro). La celosía de cristal ciertamente mostró este patrón. Pero para su sorpresa, el equipo descubrió que el patrón de los electrones se repetía cada pocos cientos de nanómetros.

Este contraste entre la onda del nematodo electrónico y la estructura cristalina del IBSC fue inesperado, por lo que sus implicaciones aún están bajo investigación. Pero el resultado puede abrir la puerta a exploraciones teóricas y experimentales de algo fundamental para la superconductividad, la forma en que los electrones forman pares a bajas temperaturas. El conocimiento de este proceso puede ser crucial para el desarrollo de superconductividad de alta temperatura. Entonces, si las ondas de nematodos están relacionadas, es importante saber cómo.

“Entonces, espero que podamos trabajar con él Físicos teóricos Para mejorar nuestra comprensión nematicidad “También nos gusta usar láseres PEEM para estudiar otros materiales relacionados, como óxidos metálicos como el óxido de cobre. Puede que no siempre quede claro dónde se encuentran las aplicaciones, pero trabajar en problemas de física fundamental realmente me fascina”, dijo Shen.

El estudio fue publicado en la revista Ciencias.


Transición nemática y nano-represión de superconductividad en calcogenuro de hierro


más información:
T. Shimojima et al., El descubrimiento de la onda nematoscópica en superconductores a base de hierro, Ciencias (2021). DOI: 10.1126 / science.abd6701

Introducción de
Universidad de tokio

La frase: Resultado sorprendente para los físicos del estado sólido que apunta a un comportamiento inusual de los electrones (2 de septiembre de 2021). Recuperado el 2 de septiembre de 2021 de https://phys.org/news/2021-09-result-solid-state-physicists-hints. html

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