Nuevo Método para Controlar la Superconductividad con Corriente de Espín

Como hemos visto anteriormente, la superconductividad es la propiedad de algún material de conducir la electricidad sin ninguna resistencia. Se pueden utilizar distintos materiales, con la principal diferencia de la temperatura de transición, que puede ser en algún caso una temperatura elevada (en realidad no tan elevada por ahora, sólo 63 K, la temperatura del nitrógeno líquido). Más allá de estos metales especiales, los superconductores basados en el hierro han mostrado fenómenos intrigantes relacionados con la coexistencia del magnetismo y la superconductividad por debajo de la temperatura de transición superconductora. El origen de estos fenómenos sigue siendo objeto de debate, y estudios recientes han mostrado nuevas fases antiferromagnéticas que coexisten con la superconductividad y han informado que la superconducción puede ser suprimida por el campo magnético. La posibilidad de manipular este efecto podría dar lugar a nuevos dispositivos de memoria y transistores antiferromagnéticos, abriendo un nuevo camino hacia sistemas electrónicos más eficientes.

Para entender mejor lo que ocurre, los científicos tuvieron la idea de realizar un control directo a escala atómica del campo magnético. Y recientemente, un equipo de Corea del Sur lo ha intentado con éxito controlando con sondas locales el magnetismo atómico demostrando una correlación con la superconductividad.

Diagrama de fase general y estructura electrónica de los superconductores basados en el hierro. (a) Diagrama de fase general de los superconductores de hierro. (b) Estructura reticular y magnética en los estados de ruptura de simetría de los superconductores basados en el hierro. (c) Cálculo de la dispersión de bandas. (d) Ilustración de la topología general de la superficie de Fermi de un superconductor basado en el hierro. Fuente:: Nature

M. Lee y su equipo exploraron un nuevo mecanismo para cambiar el magnetismo y la superconductividad manipulando el campo magnético a nivel atómico mediante la microscopía de efecto túnel de barrido polarizado. Su estudio sobre el monocristal Sr2VO3FeAs demostró que una corriente de tunelización con polarización de espín puede cambiar el magnetismo de la capa de Fe a un orden magnético no trivial, lo que no puede lograrse mediante la excitación térmica con una corriente no polarizada.

Hasta donde sabemos, nuestro estudio es el primer informe de una observación directa en el espacio real de este tipo de control mediante una sonda local, así como la primera demostración a escala atómica de la correlación entre el magnetismo y la superconductividad.

Jhinhwan Lee, físico del Instituto Avanzado de Ciencia y Tecnología de Corea.

El estudio de espectroscopia de túnel mostró que el campo magnético inducido tiene características de antiferromagnético y suprime fuertemente la superconductividad. Además, la agitación térmica más allá de la temperatura de ordenación del espín del Fe borra este efecto. Estos resultados sugieren una nueva posibilidad de conmutar la superconductividad local cambiando la simetría del orden magnético con corrientes de túnel polarizadas y no polarizadas en superconductores basados en el hierro.

Ilustraciones esquemáticas de los paisajes de potencial de configuración de las capas de FeAs. (a) El caso imaginario de capas suficientemente separadas. (b) La separación natural encontrada da lugar a un acoplamiento entre capas y a una casi degeneración entre los estados magnéticos con diferentes simetrías, siendo el magnetismo con fuerte superconductividad el estado básico. (c) Si se inyecta una corriente polarizada de espín suficientemente fuerte, los equilibrios entre estos estados pueden cambiar, dando lugar posiblemente a estados magnéticos con superconductividad débil en la capa de FeAs. (d) Cuando la muestra se recuece térmicamente de forma global o local con una inyección de corriente túnel de alto sesgo, puede volver a los estados básicos con magnetismo y superconductividad fuerte.

Estos resultados son una demostración única y clara de la conmutación del magnetismo y la superconductividad de la capa de Fe mediante la inyección de corriente de espín polarizado y la agitación térmica. Estos resultados pueden extenderse hacia futuros estudios para dispositivos superconductores de heteroestructura que manipulen el magnetismo y la superconductividad utilizando corrientes polarizadas por espín y no polarizadas.

Nuestros hallazgos pueden extenderse a futuros estudios en los que el magnetismo y la superconductividad se manipulen utilizando corrientes polarizadas y no polarizadas de espín, dando lugar a nuevos dispositivos de memoria antiferromagnética y transistores que controlen la superconductividad.

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