Nueva teoría en compuestos del hierro en la superconductividad

Un equipo internacional de físicos e ingenieros de los Estados Unidos y China han conseguido dar ésta semana con una nueva teoría para explicar y predecir el tan complejo comportamiento cuántico de una nueva clase de superconductores de alta temperatura.

Los resultados, que están disponibles esta semana en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias, explica el descubrimiento de la superconductividad a través de un material conocido como hierro pnictides, un paso muy importante para los físicos que han luchado durante más de dos décadas para explicar los fenómenos sobre la base de las observaciones de una clase de superconductores compuestos de cobre llamados cuprates.

Según decía Qimiao Si, físico de la Universidad de Rice; “Nuestra investigación se refiere a las fluctuaciones de la magnética cuántica que se han observado en el hierro pnictides, ofreciendo una teoría para explicar cómo las interacciones entre electrón-electrón rigen este comportamiento. Se cree que los orígenes de la superconductividad residen en estos efectos, por lo que su comprensión es muy importante”.

En el documento de la PNAS, los investigadores de la Universidad de Rutgers, la Universidad de Zhejiang y el Laboratorio Nacional de Los Álamos explican algunas de las similitudes y diferencias entre los cuprates y pnictides. Bajo ciertas circunstancias, los arreglos atómicos en los dos materiales cambian el comportamiento colectivo de los electrones, bloqueando el paso de uno con el otro. Los físicos experimentaron con cambios de temperatura, campos magnéticos y coordinación para conocer los efectos producidos. También observaron los cambios derivados de las diferencias en la forma en que los compuestos se preparan, como en el caso de otras sustancias que se añaden a través de una técnica llamada “dopaje”, en inglés “doping”.

Como comentaba Elihu Abrahams, físico de la Universidad de Rutgers; “En los cuprates, los componentes parentales no son metálicos, y sólo se superconducen cuando están dopados. En contraste, los compuestos parentales de pnictides son metálicos, pero como en el desdopaje de los cuprates, estos exhiben una propiedad magnética cuántica denominada antiferromagnetismo”.

Sobre la base de lo que se conoce acerca de la interacción entre electrón-electrón y sobre el antiferromagnetismo en otros metales, los investigadores crearon un marco teórico para explicar el comportamiento de los pnictides, que ofrecen algunas predicciones sobre la forma en que se comportarán en los cambios de fases.

En materiales como los cuprates y pnictides, la tendencia de los electrones para actuar en concierto, pueden dar lugar a cambios de fases “cuánticos”. Los cambios de una fase a otra plantean por completo movimientos de partículas subatómicas. El estudio de la cuántica en los “puntos críticos”, es decir, de los puntos de inflexión que marcan estos cambios de fase, se conoce como “criticalidad cuántica”.

“Nuestro trabajo abre el compuesto de hierro pnictides como un nuevo valor para el estudio de la rica complejidad de la criticalidad cuántica. Esto es muy necesario, ya que los puntos críticos cuánticos, se cree que son importantes para una amplia gama de materiales cuánticos, hasta la fecha se han observado sólo en un pequeño número de materias”, comentaba Qimiao Si.

Más información: Rice University