Menlo Park, California - Los científicos han encontrado la evidencia más fuerte hasta ahora de que un vacío desconcertante en las estructuras electrónicas de algunos superconductores de alta temperatura podría indicar una nueva fase de la materia. La comprensión de este "pseudogap" ha sido una búsqueda de 20 años para los investigadores que están tratando de controlar y mejorar estos materiales avance, con el objetivo final de encontrar superconductores que operan a temperatura ambiente.
"Nuestros hallazgos apuntan a la gestión y el control de esta fase otros como el camino correcto hacia la optimización de estos nuevos superconductores para aplicaciones de energía, así como la búsqueda de nuevos superconductores", dijo Zhi-Xun Shen del Instituto Stanford para la Ciencia de Materiales y Energía (SIMES ), un instituto conjunto del Departamento de SLAC Energía del Laboratorio del Acelerador Nacional y la Universidad de Stanford. Shen dirigió el equipo de investigadores que realizó el descubrimiento, y sus resultados aparecen en el 25 de marzo de la revista Science.
Los superconductores son materiales que conducen la electricidad con una eficiencia del 100 por ciento, perdiendo nada a la resistencia. En la actualidad sistemas de imágenes médicas, generadores eléctricos de alta eficiencia y los trenes de levitación magnética, que tienen el potencial para convertirse en una tecnología verdaderamente transformadora; aplicaciones de la energía sería sólo uno de los beneficiarios. Esta promesa se ve obstaculizada por una cosa: que sólo funcionan a temperaturas extremadamente bajas. Aunque la investigación en los últimos 25 años ha desarrollado "superconductores de alta temperatura" que funcionan a temperaturas más altas, incluso la más cálida de ellos-los cupratos-deben ser refrigerados a mitad de camino al cero absoluto antes de que se superconducir.
La perspectiva de ser capaz de aumentar dramáticamente que la temperatura de trabajo, con lo que los superconductores más fácil y más barato de usar, ha mantenido el interés en los cupratos en el punto de ebullición. Pero para cambiar algo hay que entender, y un rompecabezas llamado pseudogap se ha mantenido en el camino.
Un sello distintivo de un superconductor es una llamada "brecha de energía" que aparece cuando las transiciones de material en su fase superconductora. La diferencia en las energías de electrones se produce cuando los electrones se emparejan en una energía más baja para hacer el trabajo real de los superconductores la corriente eléctrica.
Cuando la mayoría de estos materiales cálidos hasta el punto que ya no puede superconductor, los pares de electrones se separan, los electrones empiezan a recuperar sus energías anterior, y se cierra la brecha. Sin embargo, en los cupratos, la brecha persiste incluso por encima de las temperaturas superconductores. Este es el pseudogap, y no desaparecerá totalmente hasta que un segundo * temperatura crítica T llama (se pronuncia "T-estrella"
que se llegó. * T puede ser de 100 grados más alta que la temperatura a la que comienza la superconductividad.
Los superconductores conducen la electricidad con una eficiencia del 100 por ciento, perdiendo nada de esto a la resistencia. Los superconductores de alta temperatura-unos cables en la conducta correcta tanto actual como todos los cables de cobre de la izquierda. (Foto cortesía de American Superconductor.)
Los electrones en el estado pseudogap no son superconductores, así que lo que están haciendo? Ese es el puzzle que había físicos de la materia condensada rascándose la cabeza durante dos décadas.
"Una respuesta clara en cuanto a si tal diferencia es sólo una extensión de la superconductividad o un presagio de otra fase es un paso crítico en el desarrollo de mejores superconductores", dijo Shen.
En el trabajo realizado en Stanford SLAC luminosa de la radiación de sincrotrón, Advanced Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de la fuente de luz y de la Universidad de Stanford, el equipo de Shen examinó una muestra de un superconductor cuprate de adentro hacia afuera. Ellos examinaron el comportamiento de electrónica en la superficie de la muestra, el comportamiento termodinámico en el interior de la muestra, y los cambios en las propiedades dinámicas de la muestra en el tiempo utilizando una trifecta de técnicas de medición empleadas nunca antes juntos.
"Hay mucho que decir sobre el uso del mismo material y tres técnicas diferentes para abordar el problema", comentó el físico de la materia condensada Sudip Chakravarty de la Universidad de California en Los Ángeles, que no estuvo involucrado en la investigación. "Incluso después de décadas de investigación se trata de una cuestión clave sin respuesta."
Los hallazgos del equipo: los electrones en la fase de pseudogap no se esté asociando arriba. Se reorganizan en un orden distinto pero difícil de alcanzar por su cuenta. De hecho, el nuevo orden también está presente cuando el material es superconductor, que había sido pasado por alto antes, enmascarado por el comportamiento de los pares de electrones superconductores.
Basta con conocer la pseudogap indica una nueva fase de la materia ofrece una señal clara para el seguimiento de la investigación, de acuerdo con Ruihua Él, un investigador post-doctoral en la Advanced Light Source y primer autor del papel. Destacó los siguientes pasos: "Primero de cosas por hacer: descubrir la naturaleza de la orden pseudogap Segunda de cosas por hacer:.. Determinar si el orden pseudogap es amigo o enemigo de la superconductividad Tercera de cosas por hacer: encontrar una manera de promover el orden pseudogap si es un amigo y suprimirlo si es un enemigo. "
De acuerdo con Makoto Hashimoto, coautor del científico del papel y SSRL, su trabajo "hace que la hoja de ruta de superconductores de alta temperatura mucho más clara que antes, y una hoja de ruta bien es importante para cualquier proyecto de gran ciencia".
Este avance fue posible gracias a una fuerte colaboración entre el equipo de Shen y los equipos de investigadores de SIMES (dirigido por Aarón Kapitulnik), LBNL (dirigido por José Orengo) y la ALS (dirigido por Zahid Hussain), los productores de la muestra del Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (dirigido por Hiroshi Eisaki), así como SIMES teóricos Steve Kivelson y Devereaux Thomas.
El Instituto Stanford de Materiales y Ciencias de la Energía, SIMES, es una institución conjunta de SLAC National Accelerator Laboratory y la Universidad de Stanford. La investigación en SIMES es apoyado en parte por los EE.UU. Departamento de Energía de la Nación de la Ciencia.
SLAC es un programa de laboratorio de varios explorar cuestiones de frontera en la ciencia fotónica, la astrofísica, la física de partículas y la investigación del acelerador. Situado en Menlo Park, California, SLAC es operado por la Universidad de Stanford para el Departamento de Energía de EE.UU. Oficina de Ciencia.
Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, EE.UU. del Departamento de Energía nacional de un laboratorio manejado por la Universidad de California para la Oficina de Ciencia del DOE, es un líder mundial en ciencia innovadora, informática avanzada, y la tecnología que hace la diferencia.
"Nuestros hallazgos apuntan a la gestión y el control de esta fase otros como el camino correcto hacia la optimización de estos nuevos superconductores para aplicaciones de energía, así como la búsqueda de nuevos superconductores", dijo Zhi-Xun Shen del Instituto Stanford para la Ciencia de Materiales y Energía (SIMES ), un instituto conjunto del Departamento de SLAC Energía del Laboratorio del Acelerador Nacional y la Universidad de Stanford. Shen dirigió el equipo de investigadores que realizó el descubrimiento, y sus resultados aparecen en el 25 de marzo de la revista Science.
Los superconductores son materiales que conducen la electricidad con una eficiencia del 100 por ciento, perdiendo nada a la resistencia. En la actualidad sistemas de imágenes médicas, generadores eléctricos de alta eficiencia y los trenes de levitación magnética, que tienen el potencial para convertirse en una tecnología verdaderamente transformadora; aplicaciones de la energía sería sólo uno de los beneficiarios. Esta promesa se ve obstaculizada por una cosa: que sólo funcionan a temperaturas extremadamente bajas. Aunque la investigación en los últimos 25 años ha desarrollado "superconductores de alta temperatura" que funcionan a temperaturas más altas, incluso la más cálida de ellos-los cupratos-deben ser refrigerados a mitad de camino al cero absoluto antes de que se superconducir.
La perspectiva de ser capaz de aumentar dramáticamente que la temperatura de trabajo, con lo que los superconductores más fácil y más barato de usar, ha mantenido el interés en los cupratos en el punto de ebullición. Pero para cambiar algo hay que entender, y un rompecabezas llamado pseudogap se ha mantenido en el camino.
Un sello distintivo de un superconductor es una llamada "brecha de energía" que aparece cuando las transiciones de material en su fase superconductora. La diferencia en las energías de electrones se produce cuando los electrones se emparejan en una energía más baja para hacer el trabajo real de los superconductores la corriente eléctrica.
Cuando la mayoría de estos materiales cálidos hasta el punto que ya no puede superconductor, los pares de electrones se separan, los electrones empiezan a recuperar sus energías anterior, y se cierra la brecha. Sin embargo, en los cupratos, la brecha persiste incluso por encima de las temperaturas superconductores. Este es el pseudogap, y no desaparecerá totalmente hasta que un segundo * temperatura crítica T llama (se pronuncia "T-estrella"
que se llegó. * T puede ser de 100 grados más alta que la temperatura a la que comienza la superconductividad.
Los superconductores conducen la electricidad con una eficiencia del 100 por ciento, perdiendo nada de esto a la resistencia. Los superconductores de alta temperatura-unos cables en la conducta correcta tanto actual como todos los cables de cobre de la izquierda. (Foto cortesía de American Superconductor.)
Los electrones en el estado pseudogap no son superconductores, así que lo que están haciendo? Ese es el puzzle que había físicos de la materia condensada rascándose la cabeza durante dos décadas.
"Una respuesta clara en cuanto a si tal diferencia es sólo una extensión de la superconductividad o un presagio de otra fase es un paso crítico en el desarrollo de mejores superconductores", dijo Shen.
En el trabajo realizado en Stanford SLAC luminosa de la radiación de sincrotrón, Advanced Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley de la fuente de luz y de la Universidad de Stanford, el equipo de Shen examinó una muestra de un superconductor cuprate de adentro hacia afuera. Ellos examinaron el comportamiento de electrónica en la superficie de la muestra, el comportamiento termodinámico en el interior de la muestra, y los cambios en las propiedades dinámicas de la muestra en el tiempo utilizando una trifecta de técnicas de medición empleadas nunca antes juntos.
"Hay mucho que decir sobre el uso del mismo material y tres técnicas diferentes para abordar el problema", comentó el físico de la materia condensada Sudip Chakravarty de la Universidad de California en Los Ángeles, que no estuvo involucrado en la investigación. "Incluso después de décadas de investigación se trata de una cuestión clave sin respuesta."
Los hallazgos del equipo: los electrones en la fase de pseudogap no se esté asociando arriba. Se reorganizan en un orden distinto pero difícil de alcanzar por su cuenta. De hecho, el nuevo orden también está presente cuando el material es superconductor, que había sido pasado por alto antes, enmascarado por el comportamiento de los pares de electrones superconductores.
Basta con conocer la pseudogap indica una nueva fase de la materia ofrece una señal clara para el seguimiento de la investigación, de acuerdo con Ruihua Él, un investigador post-doctoral en la Advanced Light Source y primer autor del papel. Destacó los siguientes pasos: "Primero de cosas por hacer: descubrir la naturaleza de la orden pseudogap Segunda de cosas por hacer:.. Determinar si el orden pseudogap es amigo o enemigo de la superconductividad Tercera de cosas por hacer: encontrar una manera de promover el orden pseudogap si es un amigo y suprimirlo si es un enemigo. "
De acuerdo con Makoto Hashimoto, coautor del científico del papel y SSRL, su trabajo "hace que la hoja de ruta de superconductores de alta temperatura mucho más clara que antes, y una hoja de ruta bien es importante para cualquier proyecto de gran ciencia".
Este avance fue posible gracias a una fuerte colaboración entre el equipo de Shen y los equipos de investigadores de SIMES (dirigido por Aarón Kapitulnik), LBNL (dirigido por José Orengo) y la ALS (dirigido por Zahid Hussain), los productores de la muestra del Instituto Nacional de Ciencia Industrial Avanzada y Tecnología (dirigido por Hiroshi Eisaki), así como SIMES teóricos Steve Kivelson y Devereaux Thomas.
El Instituto Stanford de Materiales y Ciencias de la Energía, SIMES, es una institución conjunta de SLAC National Accelerator Laboratory y la Universidad de Stanford. La investigación en SIMES es apoyado en parte por los EE.UU. Departamento de Energía de la Nación de la Ciencia.
SLAC es un programa de laboratorio de varios explorar cuestiones de frontera en la ciencia fotónica, la astrofísica, la física de partículas y la investigación del acelerador. Situado en Menlo Park, California, SLAC es operado por la Universidad de Stanford para el Departamento de Energía de EE.UU. Oficina de Ciencia.
Laboratorio Nacional Lawrence Berkeley, EE.UU. del Departamento de Energía nacional de un laboratorio manejado por la Universidad de California para la Oficina de Ciencia del DOE, es un líder mundial en ciencia innovadora, informática avanzada, y la tecnología que hace la diferencia.