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El Laboratorio de Bajas Temperaturas inauguró una nueva línea de investigación sobre materiales superconductores no convencionales con fuertes correlaciones electrónicas. El grupo desarrolló una nueva técnica experimental que permite medir los cambios en la resistividad en pequeños monocristales ante diferentes condiciones de deformación, a bajas temperaturas. Los investigadores han usado esa técnica para estudiar interrelaciones entre las propiedades nemáticas y las superconductoras, podrán aportar nuevas claves y preguntas para entender la superconductividad de alta temperatura. Los resultados fueron publicados recientemente en Physical Review B.

Un pequeño cristal, que pertenece a una de las familias más estudiadas dentro de los materiales superconductores a base de hierro, es colocado en dispositivos piezoeléctricos que permiten generar tracción o compresión en la muestra. Así miden su elasto-resistividad, lo cual permite detectar la existencia de una fase nemática. La nematicidad es una ruptura espontánea de simetrías en el sistema electrónico que provoca una deformación espontánea del material.

“Muchos de los superconductores que estudiamos hoy en día son no tradicionales y aún no conocemos el origen de la superconductividad; actualmente hay teorías que relacionan la existencia de la fase nemática con la aparición de la superconductividad no tradicional”, dice Gabriela Pasquini,investigadora que dirige la línea de trabajo que componen Juan Schmidt, Victoria Bekeris y Gustavo Lozano del DF e IFIBA (UBA-CONICET), y en la que colaboraron Victoria Bortule y Mariano Marziali Bermudez. Además, trabajaron junto a Cliford Hicks del Instituto Max Planck de Alemania, el grupo de Paul Canfield de la Universidad de Iowa State y a Eduardo Fradkin, un referente teórico en el tema, de la Universidad de Illinois.

“El dispositivo que utilizamos se diseñó en el Instituto Max Planck de Alemania y resulta muy ventajoso para aplicar deformaciones controladas en cristales de poco milímetros. Con la colaboración de los investigadores de la Universidad de La Plata Santiago Grigera y  Rodolfo Borzi, pudimos instalar ese dispositivo en un crióstato en el Laboratorio de Bajas Temperaturas e iniciamos investigaciones en un tema relevante para el área de materia condensada; pero lo hicimos en relación directa con la superconductvidad, el tema tradicional de estudio en nuestro laboratorio”, explica Pasquini.

En los  superconductores tipo II, el campo magnético entra en líneas de flujo cuantizadas y forma una red de vórtices dentro del material;  las propiedades de transporte dependen de cómo se mueven estos vórtices. “Las mediciones se realizaron bajo un campo magnético giratorio, de manera de poder variar la dirección de los vórtices, y el análisis de la dependencia angular de las propiedades de transporte en la fase superconductora permitió identificar casos en los que había o no dominios nemáticos en la muestra. Una vez obtenido un ¨monodominio nematico¨, pudimos comparar la resistividad, así como la  dependencia angular con la dirección del campo, en la muestra estirada y comprimida”.

El material con que trabajaron fue crecido en el Laboratorio Nacional Ames y está compuesto por Bario, Hierro y Arsénico, “cuando una pequeña porción del Hierro se reemplaza por Cobalto se genera la propiedad de superconductividad y la cantidad de Cobalto determina la temperatura crítica superconductora, explica Pasquini y agrega: Estos materiales están dopados, por lo que la temperatura crítica y las propiedades del material van cambiando a medida que muta la cantidad de Cobalto, decimos entonces que hay un dopaje óptimo”.

“Lo que vimos, sorprendentemente, es que si bien la resistividad medida en  la muestra muy comprimida o muy estirada cambia dramáticamente, la dependencia angular no varía demasiado. Uno esperaría que si nos concentramos en una fase nemática y ejercemos estiramiento o compresión resulte diferente rotar a los vórtices en una situación o en la otra. Sin embargo el índice de anisotropía no varía mucho, por lo que concluimos que la rigidez de la fase superconductora no parece sufrir cambios sustanciales ante la deformación ejercida. Por lo tanto la pregunta que surge es a qué se debe la anisotropía que se ve en la resistividad de la fase superconductora, de dónde viene la diferencia y a qué se debe”.

“La fase nemática y la superconductora se cruzan muy cerca del punto de dopaje óptimo, donde se identificó un punto crítico nemático. Es por eso que la comunidad está pensando en la interrelación entre estos  factores. Nuestro trabajo es un aporte a ese interrogante, el origen y los alcances de esa interrelación”, concluye la investigadora.

Nematicity in the superconducting mixed state of strain detwinned underdoped Ba(Fe1−xCox)2As2

PHYSICAL REVIEW B 99, 064515 (2019)

DOI: 10.1103/PhysRevB.99.064515