Ezagutzera eman dute ezpurutasun magnetiko txikienek supereroankortasuna aldatzen dutela

Madrileko Unibertsitate Autonomoko (UAM) Tenperatura Baxuen eta Eremu Magnetiko Handien Laborategiko lantalde batek, Niels Bohr Institutuko (NBI), Donostia International Physics Centerreko (DIPC), Valentziako Unibertsitateko eta Argentina eta Herbehereetako zentro batzuetako zientzialari batzuekin lankidetzan, material supereroale batek espero ez zen portaera bat duela aurkitu du ezpurutasun magnetikoen kantitate oso-oso txikiak dituenean. Advanced Materials aldizkarian argitaratutako lanean, burdin kontzentrazio txiki-txikiek —milioiko 150 parte inguru besterik ez— supereroankortasunaren funtsezko propietate bat suntsi dezaketela erakusten da materialak egiturazko nolabaiteko desordena ere baduenean.

Zehazki, niobio diseleniuroa (2H-NbSe₂) erabili da ikerketan, asko aztertu den supereroale bat. Ikertzaileek selenioaren parte bat sufrearekin ordezten denean eta gainera kristalak burdin atomo isolatuak dituenean zer gertatzen den aztertu zuten. Emaitza harrigarria izan zen: nahikoa izan zen kristalaren 3.000 gelaxkako burdin atomo bakar bat egotea “gap” supereroalea ezabatzeko; ezaugarri hori egoera supereroalearen funtsezko propietate bat dela jotzen da sarritan, baina, azterketa honek erakutsi duenez, ez da hain funtsezkoa. 

Fenomeno horri gapik gabeko supereroankortasun deritzo (gapless superconductivity), eta erlatiboki gutxitan gertatzen dela jo izan da orain arte. Ikertzaileen aurkikuntza honek frogatu du duela mende-erdi baino gehiago garatutako teoria klasikoetan iragarri zen baino ezpurutasun-kontzentrazio askoz txikiagoetan agertzen dela fenomeno hori, eta litekeena dela espero zen baino askoz ohikoagoa izatea.

Tenperatura oso-oso baxuetan agertzen den fenomeno kuantiko bat da supereroankortasuna, elektrizitateak erresistentziarik gabe zirkulatzea ahalbidetzen du. Elektroiak binaka elkartu —Cooperren pareak— eta materialean modu koordinatuan mugitzen direlako gertatzen da hori. Egoera horren ezaugarrietako bat energia-gap bat agertzea da , zeinak babes-hesi baten lana egiten baitu. Elektroi-pare bat apurtzeko, gutxieneko energia hori eman behar da gutxienez. Egoera supereroalea perturbazioekiko egonkorra zergatik den azaltzeko erabiltzen da sarri.

Ezohiko kasu batzuetan, hesi hori desagertu egiten da partzialki. Orduan, egoera elektronikoak agertzen dira normalean egon behar ez luketen tokian, eta materiala gapik gabeko supereroankortasunera igarotzen da. Egoera horretan, supereroankortasuna mantendu egiten da, eta horrek erakusten du fenomeno supereroalearen egonkortasuna ez dela gaparekin neurtzen, baizik eta beste balio batzuekin; besteak beste, supereroaleak jasaten duen tenperaturarekin, korrontearekin eta eremu magnetikoarekin. Hala, gapik gabeko supereroaleak ikaragarri interesgarriak dira ezohiko fenomeno kuantikoak ekar ditzaketelako, hala nola balizko Majorana egoerak, hauek  bereziki sendotzat jotzen dira eta konputazio kuantikoaren etorkizuneko teknologietan duten potentzialarengatik ikertzen dira.

Inperfekzioen ustekabeko efektu bat

Dozenaka urtean, supereroankortasunaren fisikak desordena ez-magnetikoak supereroale konbentzionalei apenas eragiten diela defendatu du. Andersonen teoremaren arabera, egiturazko inperfekzio txikiek ez lituzkete egituren propietateak modu esanguratsuan aldatu beharko. Hala ere, azterketa berri honek erakutsi duenez, baliteke egoera askoz konplexuagoa izatea. Materialean hiru faktore batera gertatzen direnean —ezpurutasun magnetiko oso diluituak, egiturazko desordena eta kristalaren egoera elektronikoaren aldaketak—, supereroankortasunak espero baino askoz efektu boteretsuagoa izan dezake. Beste hitz batzuetan esanda, inperfekzio-mota desberdinek elkarren arteko inpaktua indartu eta gap supereroalea ahuldu dezakete eraginkortasun harrigarriarekin.

Maria Navarro Gastiasoro DIPCko ikerlariaren hitzetan, "NBI eta DIPC-n lortutako emaitza teoriko mikroskopikoek arrakastaz erreproduzitzen dituzte behaketa esperimentalak maila kualitatiboan. Emaitza berri hauek egitura desordenak duen papera nabarmentzen dute, literaturan gehienbat alde batera utzia izan dena. Gainera, oraindik badaude desadostasun batzuk mikroskopioko kalkuluen eta datu esperimentalenen artean, eta horrek iradokitzen du ereduak egitura desordenaren eragin kooperatiboa gutxiesten duela edo, bestela, jokoan dauden askatasun gradu garrantzitsu osagarriak egon daitezkeela."

Egileen arabera, aurkikuntzak erakusten duenez, baliteke materialaren xehetasun elektronikoek orain arte uste baino askoz gehiago eragitea ezpurutasunek supereroaleei eragiten dieten moduan. Horregatik, eredu teorikoek berezitasun horiek hartu beharko dituzte kontuan, sistema bakoitzaren portaera behar bezala deskribatzeko.

Iturria: UAM Gazette.