Los científicos mezclan y combinan propiedades para crear un nuevo superconductor con estructura quiral

Ajuste fino de la simetría cristalina y la superconductividad mediante métodos de solución sólida

06.02.2024

Investigadores de la Universidad Metropolitana de Tokio han creado un nuevo superconductor con estructura cristalina quiral mezclando dos materiales, uno con superconductividad pero sin quiralidad y otro con quiralidad pero sin superconductividad. El nuevo compuesto de platino-iridio-circonio transiciona a un superconductor a granel por debajo de 2,2 K y se observó que tiene estructura cristalina quiral mediante difracción de rayos X. Su nuevo método de solución sólida promete acelerar el descubrimiento y la comprensión de nuevos materiales superconductores exóticos.

Los científicos que estudian la superconductividad tienen la misión de entender cómo la naturaleza exótica de los materiales superconductores surge de su estructura y cómo podríamos controlar la estructura para obtener propiedades deseables. De los muchos aspectos de la estructura, uno reciente e interesante es el de la quiralidad. Muchas estructuras tienen una "lateralidad", es decir, no se ven iguales en un espejo. Uno de los efectos de la quiralidad en los superconductores es el acoplamiento asimétrico espín-órbita (ASOC), que hace que los superconductores sean más resistentes a la exposición a campos magnéticos elevados.

Sin embargo, para comprender la quiralidad en mayor profundidad, los científicos necesitan más superconductores con una estructura quiral que estudiar. La ruta habitual consiste en buscar compuestos quirales, comprobar si son superconductores o no, aclarar y repetir: esto es muy ineficaz. Por eso, un equipo de la Universidad Metropolitana de Tokio dirigido por el Profesor Asociado Yoshikazu Mizuguchi ha introducido un enfoque totalmente nuevo. En lugar de buscar en listas de compuestos, mezclaron dos compuestos con propiedades físicas conocidas, un compuesto de platino-circonio con superconductividad pero sin quiralidad, y un compuesto de iridio-circonio con estructura quiral, pero sin informes de superconductividad. Combinando los elementos en una proporción determinada de cada compuesto, lograron "mezclar y combinar" propiedades físicas, obteniendo un nuevo material con estructura cristalina quiral y superconductividad.

En primer lugar, el equipo estudió diferentes proporciones de la mezcla y descubrió que a partir de una inclusión de iridio de aproximadamente el 80%, la proporción de estructura cristalina quiral (en este caso, la estructura P6122 del compuesto quiral de iridio-circonio) aumenta rápidamente a temperatura ambiente. Enfriando las muestras a bajas temperaturas, pudieron confirmar la superconductividad hasta alrededor del 85%. Esto dejaba una pequeña ventana en la que podían manifestarse ambas propiedades. Al analizar la mezcla del 80%, enfriaron la muestra hasta aproximadamente el punto en el que se observaba la superconductividad, y descubrieron que la proporción de estructura quiral aumentaba drásticamente. Claramente, su nuevo compuesto es un superconductor con estructura quiral.

El equipo también confirmó que la superconductividad surge en la masa y no en la superficie. Su trabajo demuestra el poder de un enfoque de "mezclar y combinar" para fabricar nuevos superconductores exóticos, un bienvenido y espectacular impulso en la búsqueda de más materiales y más comprensión.

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