Materiales extraordinarios con comportamiento extraordinario
En el marco del proyecto IMAX (Improvement of materials with X-rays), los científicos utilizaron microdifracción de rayos X de barrido para investigar los cambios mínimos en la estructura de un material de cuprato superconductor a altas temperaturas. Específicamente, investigaron al detalle la distribución de electrones. Inesperadamente, los científicos encontraron una mezcla de grupos de partículas de diferentes formas y tamaños en lugar de bandas uniformes. Otras pesquisas revelaron que la densidad de los grupos se asociaba al dopaje necesario para crear este superconductor en particular. Surgió también la dificultad de que la distribución de los tamaños de los grupos se rige por las leyes de energía, sugiriendo que su proceso de formación es comparable al de los fractales. La similitud de esta autoorganización de tipo fractal con la falta de homogeneidad espacial de otro material de cuprato superconductor a temperaturas inferiores resultó sorprendente. Estos resultados sugieren que la forma de comprender la superconductividad puede ser más compleja de lo que en un principio se suponía. También ofrecieron posibilidades de investigación que hasta el momento no habían sido abordadas. Los superconductores son sistemas en los cuales la mecánica cuántica puede conciliarse con las leyes de física clásica. Específicamente, los campos magnéticos penetran los materiales superconductores en forma de diminutos vórtices con propiedades clásicas y cuánticas. Ello animó a los científicos de IMAX a estudiarlos a fin de comprender uno de los fenómenos más enigmáticos en la física de la materia condensada moderna: la transición de Mott. Este complejo fenómeno es controlado por las interacciones de muchas partículas cuánticas, y aún no está claro si se trata de un fenómeno clásico o cuántico. Además, nunca se ha observado directamente la transición de Mott, en la cual la energía eléctrica que circula por el material induce la transición de fase desde un estado de aislamiento a un estado metálico. En vistas de este contexto, unos científicos desarrollaron un sistema con noventa mil islas nanométricas de niobio superconductor sobre una película de oro. En esta configuración, se instalaron los vórtices en huecos energéticos y así el material cumplió la función de aislante de Mott. Cuando aplicaron suficiente corriente eléctrica, se observó directamente una transición de Mott dinámica al convertirse el sistema en un metal conductor. Es decir, una transición de fase se indujo a partir de un estado de vórtices bloqueados a un estado de vórtices itinerantes al ser el material impulsado a un estado fuera de equilibrio por la corriente. Este es un sistema clásico que puede estudiarse con facilidad y sirve para aprender sobre la física fuera del estado de equilibrio. Cabe destacar que dichas transiciones de fase pronunciadas también se observaron en películas de óxidos complejos cuando se aumentó su espesor. El equipo de trabajo de IMAX desarrolló películas delgadas de óxido de perovskita sobre un material no magnético, utilizando una técnica denominada depósito de láser pulsado. Por adición de una sexta capa del óxido de perovskita específico, el material antiferromagnético se convirtió en ferromagnético. No hay antecedentes de una transición tan repentina. Cabe destacar que los científicos esperan que esta característica excepcional del óxido de perovskita se limite a cambios en el espesor de la película, aunque posiblemente también a otras opciones como la aplicación de campos eléctricos. Se han puesto en marcha otros trabajos de investigación a fin de comprender su repercusión en las tecnologías informáticas y de sensores.
Palabras clave
Superconductor, IMAX, rayos X, material de cuprato, transición de Mott, óxido de perovskita
