La superconductividad revela sus secretos
Las propiedades electrónicas de los superconductores de alta temperatura crítica implican la ausencia del comportamiento convencional como líquidos de Fermi, el modelo estándar de los electrones en los metales. No obstante, los óxidos de cobre (cupratos) se acercan al comportamiento metálico convencional cuando contienen concentraciones elevadas de huecos. Los huecos, o espacios vacíos con carga positiva, se generan en la red cristalina de los semiconductores cuando se liberan los electrones al aumentar la temperatura. Recientemente, los investigadores del proyecto «Unconventional superconductors: from synthesis to understanding» (USSU) estudiaron las propiedades anómalas de distintos cupratos. Existen distintas fases de estos materiales, que incluyen estados aislantes, metálicos anómalos, superconductores y metálicos normales. Comprender cómo surgen y coexisten estas fases permitiría determinar la física subyacente que las genera. Este fue el motor esencial que motivó al equipo del proyecto USSU a comprender el diagrama de fases de los cupratos. Uno de los retos principales a los que se enfrentaron fue el hecho de que solo existen unos pocos compuestos que se puedan dopar químicamente para obtener todas las fases. Otro problema residía en comprender los detalles y la importancia del «pseudogap» que aparece en el lado infradopado de la fase superconductora. Se dedicó un esfuerzo importante a determinar si esta fase promueve la superconductividad. El estudio de USSU se centró en los cupratos dopados con huecos porque presentan la temperatura de transición más elevada. Probablemente, el comportamiento de los cristales de alta calidad de Hg1201 (HgBa2CuO4+δ) como líquidos de Fermi fue el descubrimiento más importante. Los investigadores concluyeron que incluso los cupratos con estructuras más complejas, como Y123 (YBa2Cu3O7-x), YBa2Cu4O8 (Y124) y Tl2Ba2CuO6 (Tl-2201) son, de hecho, líquidos de Fermi nodales. Al eliminar el pseudogap, las comparaciones de sus propiedades anómalas con las de sus equivalentes dopados con huecos permitieron identificar rasgos comunes. Al igual que los rasgos no asociados con el pseudogap, el equipo de USSU demostró experimentalmente que la resistencia dependía de la temperatura. También se confirmó experimentalmente el comportamiento de la resistencia con la temperatura propia del estado normal metálico como la de un líquido de Fermi alrededor de la temperatura crítica. Con estos experimentos, los investigadores de USSU descubrieron un escalado cuántico evidente de las propiedades físicas con la temperatura y la concentración de huecos. Esto no se observa en los metálicos normales debido al límite máximo de energía del sistema de electrones: la energía de Fermi. También es un signo indicativo de un cambio radical en el diagrama de fases de otros cupratos. Otras áreas de investigación y aplicaciones de los superconductores se pueden beneficiar de los hallazgos del proyecto. Un conocimiento más profundo de la superconductividad a alta temperatura de los cupratos podría permitir el diseño cristalográfico de nuevos compuestos. Nuevos compuestos podrían presentar temperaturas de transición mayores, útiles para las aplicaciones de potencia, electrónicas y de comunicaciones a temperatura ambiente.
Palabras clave
Superconductor, electricidad, cupratos, líquido de Fermi, electrones, huecos, cristal, electrónica, comunicaciones
