Cuando las vibraciones aumentan al enfriarse: Se observa la anticongelación
Completamente inusual y nunca antes observado así
Un equipo internacional ha observado un fenómeno sorprendente en un material de óxido de níquel durante su enfriamiento: En lugar de congelarse, ciertas fluctuaciones aumentan en realidad al bajar la temperatura. El óxido de níquel es un sistema modelo estructuralmente similar a los superconductores de alta temperatura. El experimento demuestra una vez más que el comportamiento de esta clase de materiales sigue deparando sorpresas.
El desarrollo de este patrón de manchas a lo largo del tiempo revela fluctuaciones microscópicas en el material.
© 10.1103/PhysRevLett.127.057001
En prácticamente toda la materia, las temperaturas más bajas implican un menor movimiento de sus componentes microscópicos. Cuanto menos energía calorífica hay disponible, menos veces cambian los átomos su ubicación o los momentos magnéticos su dirección: se congelan. Un equipo internacional dirigido por científicos del HZB y del DESY ha observado ahora por primera vez el comportamiento contrario en un material de óxido de níquel estrechamente relacionado con los superconductores de alta temperatura. Las fluctuaciones en este níquelato no se congelan al enfriarse, sino que se vuelven más rápidas.
Para observarlas utilizamos la innovadora técnica de espectroscopia de correlación de rayos X: Esto nos permitió seguir el orden de los momentos magnéticos elementales (espines) en el espacio y el tiempo utilizando rayos X suaves coherentes. Estos espines se ordenan en un patrón de rayas al enfriarse. Este ordenamiento no es perfecto a altas temperaturas, sino que consiste en una disposición aleatoria de pequeñas regiones localmente ordenadas. Descubrimos que esta disposición no es estática, sino que fluctúa en escalas de tiempo de unos pocos minutos. A medida que el enfriamiento continúa, estas fluctuaciones se vuelven inicialmente más y más lentas y las regiones individuales ordenadas crecen. Hasta ahora, este comportamiento se corresponde con lo que muestran muchos materiales: Cuanto menos energía térmica hay disponible, más se congelan las fluctuaciones y crece el orden.
Lo que es completamente inusual y nunca se había observado de esta manera es que, a medida que el material se enfría más, las fluctuaciones vuelven a ser más rápidas, mientras que las zonas ordenadas se reducen. Así pues, el orden en las franjas decae a bajas temperaturas tanto espacialmente como a través de fluctuaciones cada vez más rápidas, mostrando una especie de anticongelación.
Esta observación puede ayudar a comprender mejor la superconductividad de alta temperatura en los óxidos de cobre (cupratos). En los cupratos, se cree que un orden en franjas similar al de los níquelatos compite con la superconductividad. En este caso, el orden de franjas también decae a bajas temperaturas, lo que se ha explicado como que la superconductividad, que se establece a bajas temperaturas, suprime el orden de franjas. Dado que no hay superconductividad en los níquelatos, pero el orden de bandas decae a bajas temperaturas, parece que falta un aspecto importante en la presente descripción de la superconductividad de los cupratos. Es posible que el orden de rayas en los cupratos no se suprima simplemente, sino que también decaiga por razones intrínsecas, "despejando así el campo" para la aparición de la superconductividad. Una comprensión más profunda de este mecanismo podría ayudar a controlar la superconductividad.
El estudio muestra el potencial de los rayos X blandos coherentes para estudiar materiales que son espacialmente no uniformes, especialmente aquellos materiales en los que la nueva funcionalidad surge de esta no uniformidad espacial. La espectroscopia de correlación con láseres se ha utilizado durante muchas décadas para estudiar, por ejemplo, el movimiento de coloides en soluciones. Trasladada a los rayos X blandos, la técnica puede utilizarse para seguir las fluctuaciones del desorden magnético y, por ejemplo, también electrónico y químico en el espacio y el tiempo.
Los experimentos aquí descritos se llevaron a cabo en la Fuente de Luz Avanzada ALS, en California.
Con las futuras fuentes de rayos X, como BESSY III, que producirán muchos órdenes de magnitud de radiación coherente de rayos X más intensa que las fuentes actuales, será posible ampliar esta técnica a fluctuaciones más rápidas y a escalas de longitud más cortas y, por tanto, observar efectos que no se han podido conseguir hasta ahora.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
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