Investigadors de l’ICMAB de la UAB detecten un fenomen inesperat en un superconductor estudiat durant dècades

Malgrat dècades de recerca, els científics encara no comprenen completament per què funcionen els superconductors d’alta temperatura. Ara, investigadors de l’ICMAB han trobat evidència directa d’una interacció que durant molt de temps es considerava que tenia poc o cap paper en aquests materials.

Els superconductors d’alta temperatura (HTSC) podrien ajudar a fer que les tecnologies del futur siguin més eficients energèticament, però els científics encara no comprenen completament com funcionen. Ara, investigadors de l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) han trobat evidència directa d’un efecte que durant molt de temps s’havia considerat irrellevant en un dels superconductors més coneguts del món. La troballa podria proporcionar una nova manera d’estudiar aquests materials complexos i obrir noves oportunitats per a futurs dispositius electrònics de baix consum.

La superconductivitat és una propietat que permet que l’electricitat flueixi a través d’un material sense pèrdues d’energia; l’espintrònica, per la seva banda, és un camp que utilitza l’orientació dels espins dels electrons per transportar informació. L’acoblament espín-òrbita (SOC) és un efecte quàntic que connecta l’espín d’un electró (que actua com una petita brúixola) amb la manera com es mou a través d’un material. En els HTSC, però, els electrons acostumen a desplaçar-se en parelles amb orientacions d’espín oposades, cancel·lant mútuament la seva informació. Per això, es considerava que l’efecte SOC no era rellevant. Tanmateix, un equip liderat per Anna Palau i Can Onur Avci ha trobat ara evidència d’acoblament espín-òrbita en YBCO, un material d’òxid de coure en què aquesta interacció havia estat àmpliament ignorada.

Una de les raons per les quals aquesta interacció havia passat desapercebuda és que només esdevé visible sota condicions molt específiques. L’equip la va detectar durant un breu moment en què el material està passant de ser un conductor convencional a convertir-se en un superconductor. En paraules de l’investigador Can Onur Avci, “això ofereix una nova perspectiva per estudiar l’estructura electrònica d’aquest material en una finestra de temperatura molt estreta que probablement va passar desapercebuda per a diversos investigadors”.

Els resultats podrien obrir noves possibilitats per a l’espintrònica superconductora, un camp que busca combinar l’eficiència energètica del transport elèctric sense pèrdues amb les capacitats de processament d’informació dels dispositius espintrònics. Aquest efecte podria aprofitar-se en futures tecnologies criogèniques que funcionin a temperatures de nitrogen líquid, permetent una transmissió de senyals, manipulació de dades i dispositius de memòria més eficients que els que són possibles actualment amb materials espintrònics convencionals.

L’estudi s’ha dut a terme íntegrament a l’Institut de Ciència de Materials de Barcelona (ICMAB-CSIC) a la UAB mitjançant una col·laboració entre els grups SuperQMat (Anna Palau) i Mulfox (Can Onur Avci). Totes les fases de la recerca es van dur a terme internament, des de la preparació dels materials fins a la fabricació de dispositius i les mesures experimentals, realitzades a l’institut.