Lo studio svela la simmetria a specchio rotta nella fase simile al liquido di Fermi di un cuprato.

27 agosto 2024

Questa funzionalità

Questo articolo è stato revisionato secondo il processo editoriale e le politiche di Science X. Gli editori hanno evidenziato i seguenti attributi garantendo la credibilità del contenuto:

• verifica dei fatti
• pubblicazione sottoposta a revisione paritaria
• fonte affidabile
• corretto

di Ingrid Fadelli, Phys.org

I materiali che mostrano proprietà superconduttive ad alte temperature, noti come superconduttori ad alta temperatura, sono stati al centro di numerosi studi recenti, in quanto possono essere utilizzati per sviluppare nuove tecnologie che funzionano bene a temperature più elevate. Anche se la superconduttività ad alta temperatura è stata ampiamente studiata, la sua fisica sottostante non è ancora completamente compresa.

Un passo fondamentale verso una migliore comprensione della superconduttività ad alta temperatura è identificare le fasi ordinate dei superconduttori ad alta temperatura e le loro simmetrie sottostanti. Ciò perché le transizioni di fase in questi materiali potrebbero essere alla fine collegate alla loro superconduttività.

Ricercatori della Seoul National University in Corea hanno recentemente condotto uno studio esplorando le fasi e le simmetrie correlate nel materiale a base di cuprato (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ. Le loro scoperte, pubblicate su Nature Physics, hanno rivelato una fase simile a un liquido di Fermi che si verifica in questo materiale oltre il doping critico, caratterizzato da una simmetria a specchio rotto.

"Circa quattro anni fa, stavamo cercando un esperimento adatto per il nostro nuovo apparecchiature chiamate generazione di armoniche di secondo ordine anisotropia rotazionale (RA-SHG) che è una tecnica molto sensibile ed è diventata uno strumento sperimentale importante", ha detto Changyoung Kim, co-autore dello studio, a Phys.org.

"C'erano un paio di suggerimenti che poteva esserci una nuova fase in una regione del diagramma di fase del superconduttore di ossido di rame o cuprato, chiamata regione sovradotata. L'istinto ha preso il sopravvento e ci siamo resi conto che RA-SHG è un attrezzo adatto per cercare tali fasi."

La superconduttività nei superconduttori di cuprato può essere modulata utilizzando una tecnica nota come doping, che comporta l'aggiunta di impurità o altri elementi a un materiale per cambiarne le proprietà.

Questo processo consente ai ricercatori di ottenere selettivamente superconduttori, metalli o isolanti. La quantità di doping alla quale è possibile ottenere superconduttività alla temperatura più elevata è di circa 0,15, mentre qualsiasi valore superiore a questo viene considerato 'sovradosaggio'.

Studi recenti hanno mostrato che i superconduttori di cuprato sovradosati potrebbero mostrare una nuova fase. Kim e i suoi colleghi si sono impegnati a sondare questa fase utilizzando superconduttori al piombo precedentemente sintetizzati nei loro laboratori.

"Le simmetrie ci dicono molte cose sulla natura", ha spiegato Kim. "Pertanto, capire le simmetrie è un passo importante nella ricerca fisica. Tuttavia, a volte le simmetrie possono essere sottili (o a volte nascoste) e quindi identificare le simmetrie (o simmetrie rotte) può diventare piuttosto difficile. RA-SHG è una tecnica che ci consente di individuare simmetrie o le loro violazioni nel modo più sensibile."

Utilizzando il RA-SHG sviluppato presso il loro laboratorio, i ricercatori hanno effettuato una serie di test su campioni di (Bi,Pb)2Sr2CaCu2O8+δ che erano stati dopati oltre il doping critico. Il doping critico è uno stato in cui la concentrazione di dopanti introdotta in un materiale supera una soglia specifica, dopo la quale il materiale presenterà diverse proprietà fisiche.

"In fisica, c'è qualcosa chiamato transizione di fase quantistica, una transizione di fase che avviene a zero Kelvin (temperatura assoluta)," ha spiegato Kim. "Il punto in cui avviene la transizione di fase a 0 K è chiamato punto critico quantistico. Si ritiene che la superconduttività ad alta temperatura sia correlata a questo punto critico quantistico.

"Nel caso dei superconduttori di cuprato, il doping critico è di circa 0,19 e i nostri esperimenti sono stati condotti su campioni che superavano questo valore."

I ricercatori hanno scoperto una simmetria a specchio rotto nel loro campione di cuprato, specificamente in una fase simile a un liquido di Fermi che si è verificata oltre il doping critico. La temperatura a cui è stata osservata questa fase coincideva con la temperatura a cui i metalli strani tipicamente trasitano in metalli simili a Fermi-liquidi.

"Le simmetrie portano importanti informazioni ed è previsto che queste informazioni possano condurci al meccanismo microscopico della superconduttività ad alta temperatura," ha detto Kim. "Ecco perché l'identificazione delle fasi e delle loro simmetrie è stata al centro della ricerca sui superconduttori di cuprato.

"Nel nostro lavoro, abbiamo trovato una nuova fase e la sua simmetria nel diagramma di fase. La simmetria della nuova fase può aiutarci a identificare la fase, che a sua volta può fornirci ulteriori informazioni su come un elettrone interagisce con gli altri elettroni o con il suo ambiente."

La nuova fase scoperta come parte di questo recente studio potrebbe presto essere ulteriormente esaminata utilizzando varie altre tecniche sperimentali. Kim e i suoi colleghi sperano che sia il loro recente che i futuri studi contribuiranno alla comprensione della superconduttività ad alta temperatura. "Anche se il nostro lavoro suggerisce fortemente l'esistenza di una nuova fase, è importante verificare ulteriormente con altre tecniche sperimentali", ha aggiunto Kim. "Esperimenti con altre tecniche sono in corso. In particolare, speriamo di identificare la nuova fase (il SHG ci dice quale tipo di simmetrie ha la nuova fase ma non cosa sia). Stiamo inoltre pianificando di condurre indagini teoriche in collaborazione con un gruppo di teoria". Ulteriori informazioni: Saegyeol Jung et al, Rottura spontanea della simmetria speculare in un cuprato oltre la doping critica, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02601-1 Alessandra Milloch et al, Nuovo ordine nel diagramma di fase dell'ossido di rame, Nature Physics (2024). DOI: 10.1038/s41567-024-02602-0 Informazioni sulla rivista: Nature Physics © 2024 Science X Network