Superconductores de alta temperatura

El descubrimiento de la superconductividad en cerámicas de óxido de cobre por encima del punto de ebullición del nitrógeno líquido derrocó las expectativas y reveló un mecanismo de emparejamiento no convencional que la teoría BCS no explica.

Definition

Los superconductores de alta temperatura son materiales, principalmente las cerámicas de óxido de cobre (cuprato), que superconductan a temperaturas muy por encima del límite convencional; emergen del dopaje de aislantes de Mott antiferromagnéticos, exhiben emparejamiento de onda d, y se cree que son impulsados por un mecanismo electrónico, no un simple fonón, que permanece sin explicación.

Scope

Este tema abarca los cupratos y los superconductores de alta temperatura relacionados: su estructura de óxido de cobre en capas, los compuestos parentales aislantes de Mott antiferromagnéticos, el diagrama de fases con dopaje que incluye el pseudogap y la cúpula superconductora, la simetría de emparejamiento de onda d, y el problema central no resuelto del mecanismo de emparejamiento. También aborda los superconductores basados en hierro y los hidruros de alta presión. Contrasta estos superconductores no convencionales con la imagen BCS convencional de los temas hermanos.

Core questions

• ¿Qué características estructurales y electrónicas distinguen a los superconductores de cuprato de los metales convencionales?
• ¿Cómo emerge el estado superconductor del dopaje de un aislante de Mott antiferromagnético?
• ¿Qué es el pseudogap y cómo organiza el diagrama de fases los cupratos?
• ¿Por qué la teoría BCS convencional no logra explicar la superconductividad de alta temperatura?

Key concepts

• Capas de óxido de cobre de cuprato
• Padre aislante de Mott antiferromagnético dopado
• Diagrama de fases, pseudogap y cúpula superconductora
• Simetría de emparejamiento de onda d
• Superconductores basados en hierro e hidruros

Clinical relevance

Los superconductores de alta temperatura pueden operar con refrigeración económica de nitrógeno líquido, lo que permite cables de alimentación, limitadores de corriente de falla e imanes de alto campo; comprender su mecanismo es también uno de los problemas abiertos más profundos de la física, central para la teoría de los electrones fuertemente correlacionados.

History

Bednorz y Müller descubrieron la superconductividad cerca de 35 K en un cuprato de lantano en 1986, ganando el Premio Nobel al año siguiente; el descubrimiento en 1987 de YBa2Cu3O7 con una temperatura de transición de 93 K, por encima de la temperatura del nitrógeno líquido, desencadenó una explosión de investigación que continúa.

Debates

Mecanismo de emparejamiento de los cupratos

Décadas después de su descubrimiento, no hay consenso sobre qué une los electrones en los superconductores de alta temperatura; compiten escenarios de fluctuación de espín, enlace de valencia resonante y otros escenarios electrónicos fuertemente correlacionados, y el papel del pseudogap sigue siendo controvertido.

Key figures

• Johannes Georg Bednorz
• Karl Alexander Müller
• Philip Warren Anderson

Seminal works

• bednorz1986
• wu1987

Frequently asked questions

¿Por qué se considera no convencional la superconductividad de alta temperatura?

Los cupratos superconductan muy por encima de las temperaturas que se pensaba que permitía el emparejamiento de fonones BCS, emergen de padres magnéticos aislantes en lugar de buenos metales, y tienen un emparejamiento de onda d en lugar de onda s, por lo que su mecanismo parece ser electrónico en lugar del convencional de vibración de la red.

¿Se ha resuelto el mecanismo de la superconductividad de alta temperatura?

No. A pesar del enorme esfuerzo, el mecanismo de emparejamiento de los cupratos sigue sin resolverse; se considera ampliamente como uno de los problemas abiertos más importantes en la física de la materia condensada.