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Un experimento observó cómo dos estados electrónicos compiten dentro de un material capaz de conducir electricidad sin resistencia. El resultado aporta una pista para entender qué limita su funcionamiento a temperaturas más altas.
Un equipo internacional de investigadores encontró evidencia de que la superconductividad compite con otro estado electrónico, conocido como pseudogap, dentro de un material basado en óxidos de cobre. Mediante pulsos láser, los científicos interrumpieron temporalmente la superconductividad y observaron cómo aparecía ese estado rival. El estudio fue publicado el 20 de octubre en Nature Physics y permite examinar una relación que lleva décadas en discusión.
Esta competencia podría explicar por qué estos materiales solo conducen electricidad sin resistencia cuando están muy fríos: el pseudogap dificultaría que mantengan esa capacidad a temperaturas más altas. Según Olivier Gingras, investigador del Flatiron Institute y coautor del estudio, si se lograra frenar ese estado competidor sin afectar la superconductividad, el material podría funcionar con menos enfriamiento. Por ahora, el experimento ayuda a entender el obstáculo, pero todavía falta demostrar cómo superarlo.
Dos estados que disputan el comportamiento del material
Los superconductores pueden transportar corriente eléctrica sin las pérdidas por resistencia que presentan los conductores convencionales. Esa propiedad tiene aplicaciones en equipos que generan campos magnéticos intensos, como los utilizados en resonancia magnética. Sin embargo, mantenerlos suficientemente fríos limita su utilización y exige sistemas de refrigeración.
El trabajo se concentró en los cupratos, una familia de materiales superconductores que contiene cobre y oxígeno. En ellos también aparece el pseudogap: una modificación del espectro de energías disponibles para los electrones cuya relación con la superconductividad sigue siendo debatida. Una explicación propone que constituye una etapa previa a la formación del estado superconductor; otra sostiene que ambos compiten.
Pulsos láser para observar la competencia
Para distinguir esas posibilidades, los investigadores estudiaron un cuprato con bismuto mediante espectroscopía de fotoemisión resuelta en tiempo y ángulo. La técnica permite reconstruir el comportamiento electrónico a partir de la energía y el movimiento de los electrones expulsados del material por la luz.
Tras perturbar la superconductividad con un pulso, observaron la aparición transitoria de señales características del pseudogap, incluso por debajo de la temperatura a la que normalmente desaparece el estado superconductor. Cuando la superconductividad se restablecía por completo, esas señales se suprimían. También registraron coexistencia de características de ambos estados durante intervalos intermedios, una dinámica que impide reducir el resultado a una alternancia simple.
El estudio aporta evidencia sobre esa competencia, pero no consiguió fabricar un superconductor que funcione a mayor temperatura. Convertir el resultado en una mejora material requiere resolver cómo debilitar el estado competidor sin destruir, al mismo tiempo, la superconductividad que se intenta preservar.
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