Es un momento emocionante para estudiar superconductores, porque estamos descubriendo que este fenómeno surge bajo varias condiciones inesperadas. Desde la perspectiva de la ciencia básica, es importante estudiar tanto los materiales de alta Tc como los de baja Tc porque estos últimos también pueden proporcionar información importante sobre la ingeniería de superconductores más útiles. Aquí hay algunas áreas populares de investigación reciente, en orden de orden cronológico semi inverso.
- Superconductores topológicos. Una de las nuevas direcciones de investigación más populares en el área de materiales cuánticos en los últimos años han sido los aislantes topológicos. Estos son materiales que son aislantes a granel, pero tienen un estado de superficie metálica protegido topológicamente no trivial. La investigación en superconductividad topológica intenta introducir la superconductividad en este problema, ya sea por efecto de proximidad a un superconductor confirmado o haciendo la superconducción en masa. Se cree que un superconductor topológico es una vía para observar un fermión de Majorana, una partícula (o cuasipartícula en el contexto de un sistema de materia condensada) que es su propia antipartícula. Hasta donde sé, no existe un superconductor topológico ampliamente aceptado (aunque muchas propuestas y afirmaciones). Una introducción se puede encontrar aquí: [1206.1736] Introducción a la superconductividad topológica y fermiones Majorana
- Tratando de hacer superconducto de grafeno. Todavía no hubo suerte, pero existen superconductores grafíticos, y un ejemplo es CaC6 (átomos de Ca intercalados entre las capas de grafito).
- Superconductividad de la interfaz de aluminato de lantano / titanato de estroncio (LAO / STO) (interfaz de aluminato de lantano-titanato de estroncio). Tanto LAO como STO son insualizadores, pero cuando se ponen en contacto muy cercano a través del crecimiento epitaxial de película delgada, se forma una región metálica en la interfaz y se vuelve superconductora cuando se enfría lo suficiente. El mecanismo de superconductividad en esta estructura aún se debate. Este es un tema emocionante porque en el pasado, las personas han estudiado principalmente cómo afectar la superconductividad cambiando la química o la estructura cristalina de un material a granel. En el sistema LAO / STO, la interfaz es el jugador clave. Comprender este sistema puede proporcionar información sobre cómo producir una superconductividad a alta temperatura seleccionando los dos materiales adecuados para producir la heteroestructura.
- FeSe monocapas. FeSe puede cultivarse como un cristal a granel y en ese caso tiene una Tc de 10K. Sin embargo, cuando se cultiva una película de una unidad de grosor celular en titanato de estroncio (el sustrato es importante), la Tc es mucho más alta, 40-70K (!!!) (se debate el número exacto porque es difícil medir la Tc inequívocamente en una monocapa). La Tc anormalmente grande solo ocurre en películas de una unidad de espesor de celda; Las celdas de 2 unidades tienen una Tc más baja. El mecanismo de esta mejora también se debate, pero la mayoría de las propuestas implican el acoplamiento a la física (quizás vibraciones atómicas, para ser más específicos) en el sustrato. Tanto esta área de investigación como la anterior implican la importancia emergente del crecimiento de película delgada para la investigación moderna de superconductividad.
- Superconductores basados en Fe. En 2008, se descubrió una nueva familia de superconductores de ‘alta temperatura’, los llamados ‘pnictides de hierro’ (superconductor a base de hierro). Estos materiales tienen Tc hasta ~ 60K, y el mecanismo aún se debate. Antes de 2008, se conocían muchos tipos diferentes de superconductores, pero ninguno de ellos tenía una alta Tc. Las pnictidas de hierro mostraron que la superconductividad de alta temperatura (aquí, ‘alta Tc’ se define como> 40K porque ese es el límite superior aproximado de la teoría BCS) es un fenómeno de materiales más genérico, y existe la esperanza de diseñar otros superconductores de alta temperatura.
- Sistema de orden de superconductividad + onda de densidad de carga (CDW). Este es un problema que se ha estudiado en el pasado, pero se está revisando debido a las sugerencias de que CDW puede coexistir y competir con la superconductividad en los superconductores de alta temperatura de cuprato. Se cree que los materiales de esta clase son sistemas de modelos lindos (es decir, entendemos la física y solo queremos medir cómo se comporta un sistema “ideal”), pero a menudo se descubren cosas no triviales cuando las personas investigan de cerca. Ejemplos de materiales populares son NbSe2 (2D) y Ba1 − xKxBiO3 (3D).
- Superconductores de alta temperatura cuprate (superconductividad de alta temperatura). Este es un tema más antiguo (desde 1986), pero sigue siendo un área de investigación muy activa porque estos materiales cuentan con las temperaturas de transición más altas (hasta 164K) y el mecanismo de superconductividad a alta temperatura aún se debate. En el lado experimental, este difícil problema se está volviendo más manejable porque las muestras son cada vez más de alta calidad y las herramientas experimentales son cada vez más sofisticadas. En el lado de la teoría, vea mi respuesta anterior ¿Cuáles son las últimas teorías sobre la superconductividad de alta temperatura? Muchas personas que estudian cupratos también estudian otros superconductores discutidos anteriormente, y la amplitud de la información obtenida de este enfoque es prometedora para descubrir el mecanismo de la superconductividad de alta temperatura.
- Superconductores de Fermion pesado. Este es un tema que es incluso más antiguo que los cupratos, pero se está volviendo más popular en estos días porque la gente está apreciando las ideas que los Fermiones pesados de baja Tc pueden proporcionar a otros tipos de superconductores. Los superconductores pesados de Fermion reciben su nombre porque a temperaturas superiores a Tc, los electrones en estos materiales tienen masas efectivas de hasta 1000 veces la masa de electrones libres (¡casi pesados en un protón!) (Artículo de Wikipedia: fermiones pesados). Tal masa efectiva enorme indica que los electrones están interactuando fuertemente con algo, y los grados magnéticos de libertad son probablemente los culpables en este caso. Una comprensión predictiva de la fuerte correlación en el sistema de materia condensada aún elude a los físicos. Las herramientas experimentales modernas también están teniendo un impacto en el campo de los fermiones pesados.
