La importancia del desorden en física sólo es comparable a la dificultad de estudiarlo. Por ejemplo, las notables propiedades de los superconductores de alta temperatura se ven muy afectadas por las variaciones en la composición química de los sólidos. Las técnicas que permiten medir dicho desorden y su efecto sobre las propiedades electrónicas, como la microscopía de efecto túnel, solo funcionan a temperaturas muy bajas y son ciegas a esta física cerca de la temperatura de transición. Ahora, un equipo de investigadores del Instituto Max Planck para la Estructura y Dinámica de la Materia (MPSD) de Alemania y el Laboratorio Nacional Brookhaven en EE.UU. ha demostrado una nueva forma de estudiar el desorden en superconductores utilizando pulsos de luz de terahercios. Al adaptar los métodos utilizados en resonancia magnética nuclear a la espectroscopia de terahercios, el equipo pudo seguir por primera vez la evolución del desorden en las propiedades de transporte hasta la temperatura de transición superconductora. Se exponen obras del grupo Cavalleri Física de la naturaleza.
La superconductividad, un fenómeno cuántico que permite que la corriente eléctrica fluya sin resistencia, es uno de los fenómenos más importantes de la física de la materia condensada debido a sus implicaciones tecnológicas transformadoras. Muchos materiales que se vuelven superconductores a las llamadas “altas temperaturas” (alrededor de -170°C), como los conocidos superconductores de cuprato, obtienen sus notables propiedades del dopaje químico, que introduce desorden. Sin embargo, el efecto exacto de estas modificaciones químicas sobre sus propiedades superconductoras aún no está claro.
En superconductores y sistemas de materia condensada, el desorden se suele estudiar mediante experimentos que implican una resolución espacial precisa utilizando puntas metálicas muy afiladas. Sin embargo, la sensibilidad de estos experimentos limita su aplicación a temperaturas de helio líquido, muy por debajo de la transición superconductora, impidiendo así el estudio de muchas cuestiones fundamentales relacionadas con la transición.
Inspirándose en las técnicas de ‘espectroscopia multidimensional’ desarrolladas inicialmente para la resonancia magnética nuclear y posteriormente adaptadas a frecuencias ópticas visibles y ultravioleta por químicos que estudian sistemas moleculares y biológicos, los investigadores del MPSD han ampliado esta clase de técnicas al rango de frecuencia del colector de terahercios. Resonancia de sólidos. Esta técnica implica excitar sucesivamente un elemento de interés con múltiples pulsos intensos de terahercios, generalmente en una geometría colineal donde los pulsos viajan en la misma dirección. La investigará superconductores de cuprato1,83Sénior0,17CuO4 (un material opaco que transmite luz mínima), el equipo amplió el esquema convencional aplicando espectroscopía bidimensional de terahercios (2DTS) a una geometría no colineal por primera vez, lo que permitió a los investigadores aislar no linealidades específicas de terahercios a lo largo de la dirección de su emisión. .
Utilizando esta técnica 2DTS con resolución de ángulo, los investigadores descubrieron que el transporte superconductor en el cuprato se reactivaba después de la excitación mediante pulsos de terahercios, un fenómeno que denominaron “ecos de Josephson”. Sorprendentemente, estas resonancias de Josephson revelaron que el desorden en el transporte superconductor era significativamente menor que el desorden correspondiente observado en la brecha superconductora medida mediante técnicas de resolución espacial, como los experimentos de microscopía de barrido. Además, la versatilidad de la técnica 2DTS de resolución de ángulo permitió al equipo medir por primera vez el desorden cerca de la temperatura de transición superconductora, que se mantuvo estable hasta un 70% relativamente cálido de la temperatura de transición.
Además de una comprensión más profunda de las misteriosas propiedades de los superconductores de cuprato, los investigadores enfatizan que estos primeros experimentos abren la puerta a muchas direcciones futuras interesantes. Además de la aplicación más amplia de 2DTS con resolución angular a otros superconductores y materiales cuánticos, la naturaleza ultrarrápida de 2DTS lo hace aplicable a estados transitorios de la materia que son demasiado cortos para las sondas de desorden convencionales.