Desenmarañar la dependencia de la superconductividad con la temperatura
Los superconductores de alta temperatura crítica son aquellos cuya transición al estado superconductor se produce a temperaturas más próximas a la temperatura ambiente, lo cual permite alcanzar dichas temperaturas más fácilmente y con un coste menor. A pesar de las décadas de investigación y avances, no existe ninguna teoría ampliamente aceptada que explique las propiedades de la superconductividad a alta temperatura. Comprender sus mecanismos podría acelerar el desarrollo y la explotación para su aplicación generalizada. Un grupo de científicos financiado por la Unión Europea que trabaja en el proyecto «Iron-based superconductivity: Fermi surface and superconducting gap anisotropy» (FESUME) utilizó los superconductores de alta temperatura a base de hierro descubiertos en 2008 para probar ciertas hipótesis. La mayoría de los científicos cree que la topología especial de una frontera definida matemáticamente en relación con las propiedades térmicas, eléctricas, magnéticas y ópticas de los semiconductores (la topología de la superficie de Fermi) desempeña un papel importante en esta cuestión. Una teoría común afirma que la superficie de Fermi se divide con gaps para evitar inestabilidades, lo cual hace que el sistema alcance el estado de superconductividad. Los científicos de FESUME pretendían explorar los detalles de la superficie de Fermi y su propensión a las inestabilidades con el fin de tratar de arrojar un poco de luz sobre los mecanismos de la superconductividad a alta temperatura. Los investigadores aprovecharon tres técnicas versátiles, potentes y bien conocidas para medir la superficie de Fermi y la estructura de gaps superconductores (las mediciones de Hass van Alphen, profundidad de penetración de London y calor específico) sobre superconductores de pnictido de hierro 111 (formado por capas de hierro y arsénico). Los resultados no solo apuntaron a condiciones importantes para que se produzca la superconductividad, sino que también eliminaron otras que no parece que intervengan en ella. Los resultados proporcionaron la primera evidencia termodinámica de la existencia de un fenómeno cuántico relacionado con las transiciones a la fase superconductora (punto crítico cuántico) que afecta a la mayoría de la superficie de Fermi. Esto sucede mediante el aumento de la masa de las cuasipartículas. En conjunto, los resultados subrayan el papel que desempeña la renormalización de masas en el aumento de la temperatura crítica de los superconductores a base de hierro. En algunos sistemas, esto va acompañado de inestabilidades críticas cuánticas. FESUME avanzó de forma muy importante e innovadora sobre los mecanismos de la superconductividad a alta temperatura, una cuestión crítica y pendiente desde hace mucho tiempo. Un conocimiento más profundo al respecto proporcionará un punto de vista nuevo sobre la búsqueda de nuevos materiales para aplicaciones futuras de la superconductividad, lo cual acelerará la innovación y el desarrollo.
