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Rutenato de distroncio

El rutenato de distroncio , también conocido como rutenato de estroncio , es un óxido de estroncio y rutenio con la fórmula química Sr 2 RuO 4 . Fue el primer superconductor de perovskita reportado que no contenía cobre . El rutenato de estroncio es estructuralmente muy similar a los superconductores de cuprato de alta temperatura y, en particular, es casi idéntico al superconductor dopado con lantano (La, Sr) 2 CuO 4 . Sin embargo, la temperatura de transición para la transición de fase superconductora es de 0,93 K (aproximadamente 1,5 K para la mejor muestra), que es mucho menor que el valor correspondiente para los cupratos. [2]

Superconductividad

La superconductividad en SRO fue observada por primera vez por Yoshiteru Maeno et al. A diferencia de los superconductores de cuprato, SRO muestra superconductividad en ausencia de dopaje . [2] El parámetro de orden superconductor en SRO exhibe firmas de ruptura de simetría por inversión temporal , [3] y, por lo tanto, puede clasificarse como un superconductor no convencional .

Se cree que el Sr 2 RuO 4 es un sistema bastante bidimensional, con superconductividad que se produce principalmente en el plano Ru-O. La estructura electrónica del Sr 2 RuO 4 se caracteriza por tres bandas derivadas de los orbitales Ru t 2g 4d, a saber, las bandas α, β y γ, de las cuales la primera es similar a un agujero mientras que las otras dos son similares a un electrón. Entre ellas, la banda γ surge principalmente del orbital d xy , mientras que las bandas α y β emergen de la hibridación de los orbitales d xz y d yz . Debido a la bidimensionalidad del Sr 2 RuO 4 , su superficie de Fermi consta de tres láminas casi bidimensionales con poca dispersión a lo largo del eje c cristalino y el compuesto es casi magnético. [4]

Las primeras propuestas sugirieron que la superconductividad es dominante en la banda γ. En particular, el parámetro de orden de onda p quiral candidato en el espacio de momento exhibe un devanado de fase de dependencia k que es característico de la ruptura de simetría por inversión temporal. Se espera que este peculiar orden superconductor de banda única dé lugar a una supercorriente espontánea apreciable en el borde de la muestra. Tal efecto está estrechamente asociado con la topología del hamiltoniano que describe Sr 2 RuO 4 en el estado superconductor, que se caracteriza por un número de Chern distinto de cero . Sin embargo, las sondas de escaneo hasta ahora no han podido detectar los campos de ruptura de simetría por inversión temporal esperados generados por la supercorriente, con un desfase de órdenes de magnitud. [5] Esto ha llevado a algunos a especular que la superconductividad surge predominantemente de las bandas α y β en su lugar. [6] Un superconductor de dos bandas de este tipo, aunque tiene un devanado de fase de dependencia k en sus parámetros de orden en las dos bandas relevantes, es topológicamente trivial con las dos bandas que presentan números de Chern opuestos. Por lo tanto, podría posiblemente dar una supercorriente mucho más reducida, si no completamente cancelada, en el borde. Sin embargo, más tarde se descubrió que este razonamiento ingenuo no era del todo correcto: la magnitud de la corriente de borde no está directamente relacionada con la propiedad topológica del estado quiral. [7] En particular, aunque se espera que la topología no trivial dé lugar a estados de borde quirales protegidos, debido a la ruptura de simetría U(1), la corriente de borde no es una cantidad protegida. De hecho, se ha demostrado que la corriente de borde se desvanece de manera idéntica para cualquier estado de emparejamiento quiral de momento angular superior que presente números de Chern incluso mayores, como las ondas quirales d, f, etc. [8] [9]

T c parece aumentar bajo la compresión uniaxial [10] que empuja la singularidad de van Hove del orbital d xy a través del nivel de Fermi. [11]

Se ha informado de evidencia de un estado singlete de ondas p como en los cupratos y los superconductores convencionales, en lugar del conjeturado estado triplete de ondas p menos convencional . [12] [13] También se ha sugerido que la superconductividad del rutenato de estroncio podría deberse a una fase Fulde–Ferrell–Larkin–Ovchinnikov . [14] [15]

El rutenato de estroncio se comporta como un líquido de Fermi convencional a temperaturas inferiores a 25 K. [16]

En 2023, un equipo de investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign confirmó la predicción de hace 67 años sobre la excitación demoníaca de Pines en Sr 2 RuO 4 . [17]

Véase también

Referencias

  1. ^ Lichtenberg, F.; Catana, A.; Mannhart, J.; Schlom, DG (2 de marzo de 1992). "Sr 2 RuO 4 : Un sustrato metálico para el crecimiento epitaxial de YBa 2 Cu 3 O 7−δ ". Applied Physics Letters . 60 (9). AIP Publishing: 1138–1140. doi :10.1063/1.106432. ISSN  0003-6951.
  2. ^ ab Koster, Gertjan; Klein, Lior; Siemons, Wolter; Rijnders, Guus; Dodge, J. Steven; Eom, Chang-Beom; Blank, Dave HA; Beasley, Malcolm R. (2012). "Estructura, propiedades físicas y aplicaciones de películas delgadas de SrRuO3". Reseñas de Física Moderna . 84 (1): 253–298. Código Bibliográfico :2012RvMP...84..253K. doi :10.1103/RevModPhys.84.253.
  3. ^ Kapitulnik, Aharon; Xia, Jing; Elizabeth Schemm Alexander Palevski (mayo de 2009). "Efecto Kerr polar como sonda para la ruptura de la simetría por inversión temporal en superconductores no convencionales". New Journal of Physics . 11 (5): 055060. arXiv : 0906.2845 . Bibcode :2009NJPh...11e5060K. doi :10.1088/1367-2630/11/5/055060. S2CID  43924082.
  4. ^ Mazin, II; Singh, David J. (28 de julio de 1997). "Superconductividad inducida por fluctuación de espín ferromagnético en Sr 2 RuO 4 ". Physical Review Letters . 79 (4). American Physical Society (APS): 733–736. arXiv : cond-mat/9703068 . Código Bibliográfico :1997PhRvL..79..733M. doi :10.1103/physrevlett.79.733. ISSN  0031-9007. S2CID  119434737.
  5. ^ Hicks, Clifford W.; et al. (2010). "Límites de la magnetización relacionada con la superconductividad en Sr 2 RuO 4 y PrOs 4 Sb 12 a partir de microscopía de barrido SQUID". Physical Review B . 81 (21): 214501. arXiv : 1003.2189 . Bibcode :2010PhRvB..81u4501H. doi :10.1103/PhysRevB.81.214501. S2CID  26608198.
  6. ^ Raghu, S.; Marini, Aharon; Pankratov, Steve; Rubio, Angel (2010). "Superconductividad cuasi-unidimensional oculta en Sr2RuO4". Physical Review Letters . 105 (13): 136401. arXiv : 1003.3927 . Código Bibliográfico :2010PhRvL.105b6401B. doi :10.1103/PhysRevLett.105.026401. PMID  20867720. S2CID  26117260.
  7. ^ Huang, Wen; Lederer, Samuel; Taylor, Edward; Kallin, Catherine (12 de marzo de 2015). "Naturaleza no topológica de la corriente de borde en un superconductor de ondas quirales". Physical Review B . 91 (9): 094507. arXiv : 1412.4592 . Bibcode :2015PhRvB..91i4507H. doi : 10.1103/physrevb.91.094507 . ISSN  1098-0121.
  8. ^ Huang, Wen; Taylor, Edward; Kallin, Catherine (19 de diciembre de 2014). "Corrientes de borde de desaparición en superconductores quirales topológicos sin ondas p". Physical Review B . 90 (22): 224519. arXiv : 1410.0377 . Bibcode :2014PhRvB..90v4519H. doi :10.1103/physrevb.90.224519. ISSN  1098-0121. S2CID  118773764.
  9. ^ Tada, Yasuhiro; Nie, Wenxing; Oshikawa, Masaki (13 de mayo de 2015). "Momento angular orbital y flujo espectral en superfluidos quirales bidimensionales". Physical Review Letters . 114 (19): 195301. arXiv : 1409.7459 . Código Bibliográfico :2015PhRvL.114s5301T. doi :10.1103/physrevlett.114.195301. ISSN  0031-9007. PMID  26024177. S2CID  3152887.
  10. ^ Steppke, Alexander; Zhao, Lishan; Barber, Mark E.; Scaffidi, Thomas; Jerzembeck, Fabian; Rosner, Helge; Gibbs, Alexandra S.; Maeno, Yoshiteru; Simon, Steven H.; Mackenzie, Andrew P.; Hicks, Clifford W. (12 de enero de 2017). "Pico fuerte en Tc de Sr2RuO4 bajo presión uniaxial" (PDF) . Science . 355 (6321). Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia (AAAS): eaaf9398. doi :10.1126/science.aaf9398. hdl : 10023/10113 . ISSN  0036-8075. PMID  28082534. S2CID  8197509.
  11. ^ Sunko, Verónica; Abarca Morales, Édgar; Marković, Igor; Barbero, Mark E.; Milosavljević, Dijana; Mazzola, Federico; Sokolov, Dmitry A.; Kikugawa, Naoki; Cacho, Cephise; Dudin, Pavel; Rosner, Helge (19 de agosto de 2019). "Observación directa de una transición de Lifshitz uniaxial impulsada por tensiones en Sr2RuO4". npj Materiales cuánticos . 4 (1): 46. arXiv : 1903.09581 . Código Bib : 2019npjQM...4...46S. doi :10.1038/s41535-019-0185-9. ISSN  2397-4648. S2CID  85459284.
  12. ^ Chronister, Aaron; Pustogow, Andrej; Kikugawa, Naoki; Sokolov, Dmitry A.; Jerzembeck, Fabian; Hicks, Clifford W.; Mackenzie, Andrew P.; Bauer, Eric D.; Brown, Stuart E. (22 de junio de 2021). "Evidencia de superconductividad no convencional de paridad par en Sr2RuO4". Actas de la Academia Nacional de Ciencias . 118 (25). arXiv : 2007.13730 . Bibcode :2021PNAS..11825313C. doi : 10.1073/pnas.2025313118 . ISSN  0027-8424. PMC 8237678 . PMID  34161272. 
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  14. ^ Kinjo, K.; Manago, M.; Kitagawa, S.; Mao, ZQ; Yonezawa, S.; Maeno, Y.; Ishida, K. (22 de abril de 2022). "Esmecticidad de espín superconductor que evidencia el estado Fulde-Ferrell-Larkin-Ovchinnikov en Sr 2 RuO 4". Science . 376 (6591): 397–400. Bibcode :2022Sci...376..397K. doi :10.1126/science.abb0332. ISSN  0036-8075. PMID  35446631. S2CID  248322696.
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  16. ^ Yanoff, Brian (2000). Dependencia de la temperatura de la profundidad de penetración en el superconductor no convencional Sr2RuO4 (PDF) . Universidad de Illinois en Urbana-Champaign. Archivado desde el original (PDF) el 2012-09-16 . Consultado el 2012-04-16 .
  17. ^ Abbamonte, Peter (9 de agosto de 2023). "El demonio de Pines observado como un plasmón acústico 3D en Sr2RuO4". Nature . 45 (7977): 66–70. Bibcode :2023Natur.621...66H. doi : 10.1038/s41586-023-06318-8 . PMC 10482684 . PMID  37558882. 

Lectura adicional