Dispositivi microstrutturati accuratamente allineati di CeRhIn5 hanno consentito misurazioni di trasporto ad alto campo che rivelano una rottura della simmetria nel piano per campi magnetici di circa 30 Tesla lungo l'asse c tetragonale. La dimensione e la direzione dell'anomalia sono determinate da una piccola componente nel piano del campo magnetico. Credito:Los Alamos National Laboratory
La rivista riporta un potenziale nuovo stato della materia Natura , con la ricerca che mostra che tra i materiali superconduttori in alti campi magnetici, il fenomeno della rottura della simmetria elettronica è comune. La capacità di trovare somiglianze e differenze tra classi di materiali con fenomeni come questo aiuta i ricercatori a stabilire gli ingredienti essenziali che causano nuove funzionalità come la superconduttività.
Lo stato di alto campo magnetico del superconduttore fermione pesante CeRhIn5 ha rivelato un cosiddetto stato nematico elettronico, in cui gli elettroni del materiale si sono allineati in modo da ridurre la simmetria del cristallo originale, qualcosa che ora sembra essere universale tra i superconduttori non convenzionali. La superconduttività non convenzionale si sviluppa vicino a un confine di fase che separa le fasi magneticamente ordinate e magneticamente disordinate di un materiale.
"L'aspetto dell'allineamento elettronico, chiamato comportamento nematico, in un prototipo di superconduttore a fermioni pesanti evidenzia l'interrelazione tra nematicità e superconduttività non convenzionale, suggerendo che la nematicità è comune tra i materiali superconduttori correlati, " ha affermato Filip Ronning del Los Alamos National Laboratory, autore principale della carta. I fermioni pesanti sono composti intermetallici, contenenti terre rare o elementi attinidi.
"Questi materiali di fermioni pesanti hanno una gerarchia di scale energetiche diversa da quella che si trova nei metalli di transizione e nei materiali organici, ma spesso hanno spin di accoppiamento fisici complessi e intrecciati simili, gradi di libertà di carica e reticolo, " Egli ha detto.
Il lavoro è stato segnalato in Natura dal personale del gruppo Los Alamos Condensed Matter e Magnet Science e dai collaboratori.
Utilizzando misurazioni di trasporto vicino al punto critico quantistico sintonizzato sul campo di CeRhIn5 a 50 Tesla, i ricercatori hanno osservato uno stato fluttuante di tipo nematico. Uno stato nematico è più noto nei cristalli liquidi, in cui le molecole del liquido sono parallele ma non disposte in una disposizione periodica. Sono stati osservati stati di tipo nematico nei sistemi di metalli di transizione vicino a transizioni di fase magnetiche e superconduttive. Il verificarsi di questa proprietà indica la correlazione della nematicità con la superconduttività non convenzionale. La differenza, però, del nuovo stato nematico trovato in CeRhIn5 rispetto ad altri sistemi è che può essere facilmente ruotato dalla direzione del campo magnetico.
Campioni cristallini di CeRhIn5 da Los Alamos sono stati tagliati in microscopici, percorsi conduttivi cristallini con un fascio di ioni focalizzato a MPI-CPfS. Credito:MPI CPfS
L'uso della struttura di magneti a campo pulsato del National High Magnetic Field Laboratory a Los Alamos era essenziale, Ronning ha notato, a causa dei grandi campi magnetici necessari per accedere a questo stato. Inoltre, un altro contributo essenziale è stata la fabbricazione di dispositivi di dimensioni micron utilizzando la fresatura a fascio ionico focalizzata eseguita in Germania, che ha permesso le misure di trasporto in grandi campi magnetici.
La superconduttività è ampiamente utilizzata nella risonanza magnetica (MRI) e negli acceleratori di particelle, dispositivi di fusione magnetica, e filtri RF e microonde, tra gli altri usi.
