Nei superconduttori non convenzionali, gli elettroni spesso mostrano una tendenza all'ordinamento spaziale all'interno della loro struttura atomica.

Nei superconduttori ad alta temperatura, questo si presenta sotto forma della struttura elettronica che mostra una pronunciata differenza nelle direzioni legate al reticolo lungo le quali sono ordinati gli atomi.

All'interno di questi materiali, questa attività elettronica a sua volta rompe la simmetria rotazionale del cristallo, una fase nota come nematicità elettronica. I ricercatori hanno cercato di comprendere meglio questo nuovo stato elettronico, che coesiste con la superconduttività.

Il professore associato di fisica del Boston College Ilija Zeljkovic e un team internazionale di ricercatori hanno cercato di comprendere meglio la firma su scala atomica della transizione nematica elettronica in Fe(Te, Se) - una classe di materiali noti come superconduttori di calcogenuro di ferro - in una composizione particolarmente formulata del materiale in cui la nematicità elettronica può cambiare spazialmente più rapidamente o fluttuare nel tempo.

Un focus di ricercatori che cercano di capire le proprietà dei superconduttori, i calcogenuri di ferro sono definiti dalla loro composizione da percentuali variabili di zolfo, selenio, e tellerio. Per i loro esperimenti, il team ha creato campioni di composti contenenti tra il 35 e il 50 percento di selenio, alla fine, scoprendo che un costrutto di selenio al 45 percento ha rivelato una nematicità elettronica che è spazialmente disomogenea, o non si verificano allo stesso modo in ogni punto del materiale.

Utilizzando la microscopia a effetto tunnel a scansione di immagini spettroscopiche a bassa temperatura (STM), il team ha scoperto che nel punto di transizione, appena prima che il materiale entri nello stato nematico, la nematicità elettronica appare per la prima volta in regioni localizzate su nanoscala, Zeljkovic e colleghi hanno riportato nell'edizione online della rivista Fisica della natura .

Inoltre, il team ha scoperto che nella stessa composizione di selenio al 45 percento piccole quantità di "deformazione" - uno stiramento del materiale lungo una direzione - di appena una frazione di punto percentuale possono portare alla comparsa di nematicità locale, che a sua volta sopprime la superconduttività. Questo non era il caso di Fe(Te, Se) campioni costruiti con una composizione di Se inferiore del 35 percento, che mostrano effetti trascurabili sulla superconduttività dalle stesse quantità di deformazione.

Il team ha scoperto che in alcune composizioni di Fe(Te, Se) le fluttuazioni nematiche possono essere "bloccate" dal disordine strutturale, che ostacola la superconduttività in particolari regioni del materiale, disse Zeljkovic, uniti al progetto dai suoi colleghi del Boston College Professore di Fisica Ziqiang Wang e studenti laureati He Zhao e Hong Li, così come ricercatori di altre istituzioni negli Stati Uniti e in Cina.

"È stato sorprendente che le regioni nematiche sembrino non essere affatto superconduttive, nonostante il fatto che la temperatura di transizione superconduttiva dovrebbe essere la più alta con una composizione del 45 percento, " ha detto Zeljkovic. "Questo potrebbe essere indicativo di 'fluttuazioni' nematiche, pensato per migliorare la superconduttività vicino alla transizione nematica, diventando statico e riducendo così le proprietà superconduttive a livello locale".

Zeljkovic ha affermato che i risultati indicano che un punto critico quantistico nascosto, un punto di riferimento ricercato nella transizione tra diversi stati della materia a zero gradi Kelvin, può esistere in Fe(Te, Se). Ha detto che sarebbero necessarie ulteriori ricerche sul materiale per determinare se questo è il caso.