Los superconductores de alta temperatura, una clase revolucionaria de materiales descubiertos hace más de cuatro décadas, tienen un inmenso potencial para avances tecnológicos. Estos materiales presentan una resistencia eléctrica nula, lo que permite que la electricidad fluya libremente sin pérdida de energía, incluso a temperaturas significativamente más altas que las requeridas por los superconductores convencionales. Si bien esta notable propiedad ya ha encontrado aplicaciones en varios campos, el mecanismo subyacente detrás de la superconductividad de alta temperatura sigue siendo un misterio.
En el corazón de este fenómeno se encuentran las interacciones entre portadores de carga (partículas responsables de transportar corriente eléctrica) que les permiten moverse sin esfuerzo a través de la estructura atómica del material. Un estudio reciente realizado por un equipo de investigación internacional en BESSY II, publicado en Nature Communications, arroja luz sobre estas interacciones cruciales dentro de un tipo específico de superconductor de alta temperatura llamado compuestos de cuprato.
Los investigadores se centraron en La₂CuO₄, un compuesto que consta de capas alternas de óxido de cobre (CuO) y óxido de lantano (LaO). Cuando La₂CuO₄ se trata con átomos adicionales (dopado), exhibe superconductividad por debajo de 40 Kelvin, y este comportamiento superconductor se limita a las capas de CuO. En particular, las capas de LaO siguen siendo aislantes incluso en estas condiciones.
El equipo empleó una técnica sofisticada llamada espectroscopia de coincidencia de fotoelectrones Auger junto con pulsos de rayos X especializados en BESSY II. Esto les permitió medir con precisión la energía de los pares de portadores de carga (específicamente, los agujeros de oxígeno, a los que esencialmente les faltan electrones alrededor de los átomos de oxígeno) dentro de cada capa.
¿Qué descubrieron? Las energías de interacción entre estos portadores de carga fueron significativamente más débiles en las capas de CuO (donde se produce la superconductividad) en comparación con las capas aislantes de LaO. Este hallazgo sugiere que las interacciones más débiles dentro de las capas de óxido de cobre podrían ser un factor clave que permita la formación de pares de Cooper, pares de electrones unidos responsables del comportamiento superconductor.
Esta investigación proporciona información crucial sobre la compleja interacción entre los portadores de carga y sus interacciones en los compuestos de cuprato. Si bien aún se desconoce mucho sobre la superconductividad a alta temperatura, este estudio señala una diferencia intrigante en las energías de interacción que podría contribuir significativamente a desbloquear todo su potencial. Las investigaciones futuras que exploren estas diferencias con más detalle pueden allanar el camino para diseñar materiales superconductores aún mejores con aplicaciones potencialmente transformadoras en diversas industrias.
