Los científicos del Department of Energy's Argonne National Laboratory de EE.UU. han descubierto una fase desconocida en una clase de superconductores llamados arseniuros de hierro (iron arsenides). Esto arroja luz sobre un debate sobre las interacciones entre los átomos y los electrones que son responsables de su superconductividad inusual.
Esta nueva fase magnética, desconocida hasta ahora, podría tener implicaciones importantes en nuestra comprensión de la superconductividad no convencional, señalaron los científicos.
Los científicos y los ingenieros están fascinados con los superconductores debido a que son capaces de llevar la corriente eléctrica sin resistencia alguna. Esto es único entre todos los conductores, incluso los mejores, como los cables de cobre utilizados en la alimentación eléctrica, pierden energía en el camino.
Sin embargo, los superconductores tiene un inconveniente: deben ser enfriados a muy, pero muy bajas temperaturas para trabajar. Además, los científicos todavía no entienden completamente cómo trabajan los tipos más nuevos, los llamados superconductores no convencionales. Pero los investigadores esperan que al descifrar la teoría detrás de estos superconductores, se podría elevar la temperatura a la que trabajan y aprovechar su poder para una amplia gama de nuevas tecnologías.
La teoría detrás de los superconductores "convencionales" antiguos es bastante conocida. Los pares de electrones, que normalmente se repelen entre sí, se unen mediante la distorsión de los átomos alrededor de ellos y se ‘ayudan’ unos a otros mientras viajan a través del metal. En un conductor simple y llano, estos electrones rebotan en los átomos, produciendo calor. En los superconductores "no convencionales", los electrones siguen formando parejas, pero no se sabe aún qué los une.
Los superconductores requieren procesos muy especiales; para llegar a su fase superconductora -donde la electricidad fluye libremente- se necesitan una gran cantidad de estos procesos. El arseniuros de hierro que los investigadores estudiaron son normalmente magnéticos, pero a medida que se le agrega sodio, el magnetismo se suprime y los materiales eventualmente se convierten a continuación en superconductores a 400 grados Fahrenheit.
El orden magnético también afecta a la estructura atómica. A temperatura ambiente, los átomos de hierro se asientan en una red cuadrada, que tiene simetría por sus cuatro lados, pero cuando se enfría por debajo de la temperatura de transición magnética, se distorsionan para formar una red rectangular, con sólo la simetría de dos lados. A esto, los científicos la llaman "orden nemático". Se pensó que este orden nemático persiste hasta que el material se convierte en superconductor.
El equipo de Argonne descubrió una fase en la que el material regresa a la simetría de cuatro lados, en lugar de dos, en una etapa muy cercana al inicio de la superconductividad.
La razón por la que el descubrimiento de esta nueva fase es interesante es que puede ayudar a resolver un debate de larga data sobre el origen del orden nemático. Los teóricos han estado discutiendo si es causado por el magnetismo o por ordenamiento orbital.
La explicación orbital postula que los electrones se asientan en particular en los orbitales d, con lo cual impulsan la red a una fase nemática. Por otro lado, los modelos magnéticos, sugieren que las interacciones magnéticas son las que impulsan la doble simetría y que son la clave para la propia superconductividad. Tal vez lo que une a los pares de electrones en los superconductores de arseniuro de hierro es el magnetismo.
Hasta ahora, este efecto sólo se ha observado experimentalmente en estos compuestos de sodio, los investigadores creen que proporcionan evidencia de una explicación magnética del orden nemático en los arseniuros hierro en general.
Esto también podría afectar nuestra comprensión de la superconductividad en otros tipos de superconductores, como los óxidos de cobre, en los que también se han visto distorsiones nemáticos, afirmaron los científicos.