Como parte de un esfuerzo constante que trata de descubrir detalles de cómo los superconductores de alta temperatura llevan corriente eléctrica sin resistencia, los científicos de la Johns Hopkins University y el Departamento de EE.UU. Brookhaven National Laboratory han medido las fluctuaciones de la superconductividad a través de una amplia gama de temperaturas utilizando espectroscopia de terahercios. Su técnica les permite ver las fluctuaciones que duran meras milmillonésimas, sólo de una milmillonésima de segundo, y revela que estas fluctuaciones pasajeras desaparecen 10-15 grados Kelvin (K) por encima de la temperatura de transición (Tc) en la que la superconductividad se establece."Nuestros hallazgos sugieren que en los superconductores a base de cupratos, la transición al estado superconductor no es conducido por una pérdida de coherencia entre los pares de electrones", dijo Brookhaven físico Ivan Bozovic, co-autor del artículo que describe los resultados en Nature Physics online, 13 de febrero de 2011.
Los científicos han estado buscando una explicación de la superconductividad de alta Tc en los cupratos, ya que estos materiales fueron descubiertos hace unos 25 años. Debido a que pueden funcionar a temperaturas mucho más elevadas que los superconductores convencionales, que deben ser enfriados cerca del cero absoluto (0 K ó -273 grados Celsius), los superconductores de alta temperatura tienen potencial en diversas aplicaciones del mundo real. Si los científicos pueden desentrañar el mecanismo de conducción de corriente, pueden incluso ser capaces de descubrir o diseñar versiones que funcionan a temperatura ambiente para usos tales como líneas de transmisión de energía con cero pérdidas . Por esta razón, muchos investigadores creen que la comprensión de cómo ocurre la transición a la superconductividad en los cupratos es una de las cuestiones abiertas más importantes de la física actual.
En los superconductores convencionales, los pares de electrones se forman en la temperatura de transición y se condensan para llevar la corriente sin resistencia. En las variedades de alta temperatura, que pueden funcionar a temperaturas tan altas como 165 K, hay algunos indicios de que los pares de electrones pueden formarse a temperaturas mayores de 100 a 200 K, pero sólo se condensan cuando se enfrían a la temperatura de transición.
Para explorar la transición de fase, el equipo de Johns Hopkins-BNL buscaron pruebas de fluctuaciones para superconductores por encima de Tc. "Estas fluctuaciones son algo así como las islas pequeñas o las gotitas de la superconductividad, en las que los pares de electrones que surgen aquí y allá viven por un tiempo y luego se evaporan para aparecer de nuevo en otro lugar", dijo Bozovic. "Estas fluctuaciones se producen en todos los superconductores", explicó, "pero en las convencionales sólo muy, muy cerca de Tc – la transición es de hecho muy fuerte."
Los científicos estudiaron un superconductor que contiene cantidades variables de lantano y estroncio con capas de óxido de cobre. Las muestras fueron fabricadas en Brookhaven, utilizando un sistema con una única capa atómica-molecular de epitaxia de haces que permite la síntesis digital de películas delgadas atómicamente lisas y perfectas. Las mediciones a base de espectroscopia Terahertz se realizaron en la Universidad Johns Hopkins.
La principal conclusión fue sorprendente: los científicos observaron con claridad las fluctuaciones en superconductores, pero estas fluctuaciones se desvanecieron con relativa rapidez, en unos 10 a 15 K por encima de Tc, independientemente de la proporción de lantano / estroncio.
Esto implica que en los cupratos a la temperatura de transición, los pares de electrones pierden su coherencia. Esto contrasta con lo que sucede en los superconductores convencionales, donde los pares de electrones se separan a la temperatura de transición.
"Así que, a diferencia de los superconductores convencionales, la transición en cupratos no está impulsada por el emparejamiento de electrones, sino más bien por la pérdida de la coherencia entre los pares – es decir, por las fluctuaciones de fase", dijo Bozovic. "La esperanza es que la comprensión de este proceso con todo detalle nos puede llevar a dar un paso más hacia adelante para descifrar el enigma de la superconductividad de alta temperatura."
Jose E. Guerrero C
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