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Superrayas

Superstripes es un nombre genérico para una fase con simetría espacial rota que favorece el inicio del orden cuántico superconductor o superfluido . Este escenario surgió en la década de 1990 cuando se descubrió que las heteroestructuras metálicas no homogéneas en el límite atómico con una simetría espacial rota favorecían la superconductividad. [1] [2] Antes se esperaba que una simetría espacial rota compitiera y suprimiera el orden superconductor. Se ha propuesto que el mecanismo impulsor para la amplificación de la temperatura crítica de superconductividad en la materia de superstripes es la resonancia de forma en los parámetros de brecha de energía ∆n que es un tipo de resonancia de Fano para condensados ​​coexistentes. [3] [4]

Las superfranjas muestran superconductividad multigap cerca de una transición de Lifshitz de 2,5 donde la renormalización del potencial químico en la transición de metal a superconductor no es despreciable y se requiere la solución autoconsistente de la ecuación de gaps. El escenario de red de superfranjas está hecho de charcos de materia de superfranjas multigap que forman una red superconductora donde los diferentes gaps no solo son diferentes en diferentes porciones del espacio k sino también en diferentes porciones del espacio real con una distribución libre de escala compleja de uniones Josephson .

Historia

El término superfranjas se introdujo en 2000 en la conferencia internacional sobre "Franjas y superconductividad de alta temperatura térmica " celebrada en Roma para describir la fase particular de la materia en la que una simetría rota que aparece en una transición de una fase con mayor dimensionalidad N (3D o 2D) a una fase con menor dimensionalidad N-1 (2D o 1D) favorece la fase superconductora o superfluida y podría aumentar la temperatura de transición normal a superconductora con la posible aparición de superconductividad de alta temperatura . El término escenario de superfranjas se introdujo para marcar la diferencia clave con el escenario de franjas, donde la transición de fase de una fase con mayor dimensionalidad N (como un gas de electrones 2D) a la fase con simetría rota y menor dimensionalidad (como un fluido rayado cuasi 1D) compite y suprime la temperatura de transición a la fase superfluida y favorece el ordenamiento magnético rayado modulado. En la fase de simetría rota de las superfranjas coexiste la modulación estructural y favorece la superconductividad de alta temperatura. [1]

Heteroestructuras en el límite atómico

La predicción de las temperaturas de transición de la superconductividad a alta temperatura se considera, con razón, uno de los problemas más difíciles de la física teórica. El problema permaneció esquivo durante muchos años, ya que estos materiales tienen, en general, una estructura muy compleja que hace inútil la modelización teórica de un sistema homogéneo. Los avances en la investigación experimental sobre las fluctuaciones locales de la red han llevado a la comunidad a la conclusión de que se trata de un problema de física cuántica en materia compleja. Un paradigma creciente para la superconductividad a alta temperatura en superfranjas es que un término clave es el efecto de interferencia cuántica entre canales de apareamiento, es decir, una resonancia en el término de transferencia de pares similar al intercambio, similar al de Josephson, entre diferentes condensados. La interacción de configuración cuántica entre diferentes canales de apareamiento es un caso particular de resonancia de forma que pertenece al grupo de resonancias de Fano Feshbach en física atómica y nuclear. La temperatura crítica muestra una supresión, debido a una antiresonancia de Fano, cuando el potencial químico se sintoniza en un borde de banda donde aparece un nuevo punto de superficie de Fermi, es decir, una "transición topológica electrónica" (ETT) o una transición de Lifshitz 2.5 o una transición topológica de metal a metal. La amplificación de T c se activa cuando el potencial químico se sintoniza por encima del borde de banda en una región de energía alejada del borde de banda del orden de 1 o 2 veces el corte de energía de la interacción de apareamiento. La T c se amplifica aún más en la resonancia de forma si en este rango la superficie de Fermi del punto de superficie de Fermi que aparece cambia su dimensionalidad (por ejemplo, la transición de Lifshitz para abrir un cuello en una superficie de Fermi tubular). [5] El ajuste del potencial químico en la resonancia de forma se puede obtener cambiando: la densidad de carga y/o los parámetros estructurales de la superred, y/o la deformación por desajuste de la superred y/o el desorden. La evidencia directa de las resonancias de forma en la materia de superrayas la proporciona la variación anómala del efecto isotópico sobre la temperatura crítica al ajustar el potencial químico. [6]

Materiales

Estructura cristalina de la fase tetragonal (superconductora) de La 2 CuO 4 : vista superior (arriba a la derecha) y octaedro de CuO 6 (abajo a la derecha). [7]

Se sabía que los superconductores de cuprato de alta temperatura tienen una estructura reticular compleja. [8] [9] [10] [11] [12] [13] [14] En 1993 se propuso [15] que estos materiales pertenecen a una clase particular de materiales llamados heteroestructuras en el límite atómico hechas de una superred de capas atómicas superconductoras intercaladas por un material diferente con el papel de espaciador.

Todos los nuevos materiales superconductores de alta temperatura descubiertos entre 2001 y 2013 son heteroestructuras en el límite atómico formadas por capas atómicas activas: capa de boro en forma de panal en diboruros, grafeno en grafito intercalado, monocapas atómicas de bbc de CoO2 en cobaltatos, monocapas atómicas de fluorita de FeAs en pnictidas, monocapas atómicas de fluorita de FeSe en seleniuros.

En estos materiales, el efecto conjunto de (a) aumentar la deformación por desajuste de la red hasta un valor crítico y (b) ajustar el potencial químico cerca de una transición de Lifshitz en presencia de interacciones electrón-electrón induce una inestabilidad de la red con la formación de una red de charcos superconductores en forma de rayas en un fondo aislante o metálico.

Este escenario complejo se ha denominado "escenario de superrayas", en el que las capas atómicas 2D muestran inhomogeneidades funcionales de red: se han observado "charcos de ondulaciones" de distorsión de red local en La 2 CuO 4+y [16] [17] en Bi222; se han visto charcos rayados de dopantes ordenados en las capas espaciadoras en La 2 CuO 4 superoxigenado [18] y en YBaCuO [19]. La red de charcos rayados superconductores se ha encontrado también en pnictidas de MFeAs [20] y recientemente en seleniuros de KFeSe [21].

La autoorganización de los defectos reticulares se puede controlar mediante ingeniería de deformaciones . [22] y efectos fotoinducidos. [23]

Condensados ​​de Bose-Einstein

Relaciones de dispersión de un sistema acoplado espín-órbita para diferentes intensidades de acoplamiento. El cuadro A no tiene acoplamiento. La relación de dispersión muestra dos relaciones de dispersión desplazadas en el espacio libre. El cuadro B muestra cómo se abre el hueco en k=0 para el acoplamiento débil. El cuadro C muestra el límite de acoplamiento fuerte donde los mínimos doblemente degenerados en la primera banda se fusionan en un único estado fundamental en k=0.

Las superfranjas (también llamadas fase de franjas) también se pueden formar en condensados ​​de Bose-Einstein (BEC) con acoplamiento espín-órbita . El acoplamiento espín-órbita se logra seleccionando 2 estados de espín de la variedad de estados hiperfinos para acoplarlos con un proceso de dos fotones. [24] Para el acoplamiento débil, el hamiltoniano resultante tiene un espectro con un estado fundamental doblemente degenerado en la primera banda. En este régimen, la relación de dispersión de partículas individuales puede albergar un BEC en cada mínimo. [25] El resultado es que el BEC tiene 2 componentes de momento que pueden interferir en el espacio real. El patrón de interferencia aparecerá como franjas en la densidad del BEC. La periodicidad de las franjas es el resultado de la longitud de onda del haz de acoplamiento Raman modificada por la fuerza de acoplamiento y por las interacciones dentro del BEC. [25] El acoplamiento espín-órbita rompe la simetría de calibre del sistema y la simetría de inversión temporal. La formación de las franjas rompe una simetría traslacional continua.

Se han realizado esfuerzos recientes para intentar observar la fase de franjas en un BEC de rubidio-87, sin embargo, las franjas eran demasiado pequeñas y tenían un contraste demasiado bajo para ser detectadas. [24]

En 2017, dos grupos de investigación de la ETH de Zúrich y del MIT informaron sobre la primera creación de un supersólido con gases cuánticos ultrafríos. El grupo del MIT expuso un condensado de Bose-Einstein en un potencial de doble pozo a haces de luz que crearon un acoplamiento espín-órbita efectivo. La interferencia entre los átomos en los dos sitios de la red acoplados espín-órbita dio lugar a una modulación de densidad que establece una fase de franjas con propiedades de supersólido. [26] [27]

Referencias

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