El 21 de mayo, se supo por la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur que un equipo de investigación codirigido por el académico Xue Qikun, el profesor He Junfeng de la Universidad de Ciencia y Tecnología de China y el profesor asociado Chen Zhuoyu de la Universidad de Ciencia y Tecnología del Sur, observó directamente por primera vez una brecha de energía superconductora sin nodos en películas delgadas de óxido de níquel de alta temperatura, y descubrió el fenómeno de acoplamiento electrón-bosón. Los resultados de la investigación relacionados se publicaron el mismo día en la revista Science.
Se informa que este descubrimiento proporciona evidencia experimental importante para dos cuestiones centrales de la superconductividad de alta temperatura: la "simetría de la brecha de energía superconductora" y el "mecanismo de emparejamiento superconductor". Tiene una importancia científica significativa para comprender en profundidad el mecanismo de la superconductividad de alta temperatura y, al mismo tiempo, es la base para promover una aplicación más amplia de la tecnología superconductora.
En los superconductores, los electrones se "emparejan" de dos en dos y viajan juntos. Este comportamiento de "emparejamiento" es la base del fenómeno superconductor. Sin embargo, en los superconductores de alta temperatura, por qué se emparejan los electrones y en qué disposición lo hacen sigue siendo uno de los mayores misterios de la física.
"En los superconductores, los electrones ahorran energía al emparejarse, y esta energía ahorrada es la brecha de energía superconductora", explicó Chen Zhuoyu. "Podemos imaginar el emparejamiento de electrones como un baile en pareja, y la simetría de la brecha de energía es su 'postura de baile'".
Según se explicó, en los superconductores tradicionales la brecha de energía se abre completamente y no hay nodos donde la brecha sea cero, lo que corresponde a una simetría de onda s, mientras que durante mucho tiempo se ha considerado que los superconductores de alta temperatura basados en cobre presentan nodos, lo que corresponde a una simetría de onda d.
"Por lo tanto, la presencia o ausencia de nodos en la brecha de energía es un indicador clave para discernir el origen físico de la superconductividad de alta temperatura", explicó Chen Zhuoyu. Esta investigación da por primera vez una respuesta clara en las películas delgadas superconductoras de alta temperatura de níquel bicapa RP: su brecha de energía superconductora no tiene nodos y se ajusta más a una simetría de onda s (u onda s±).
Se informa que, aunque ambos son superconductores de alta temperatura, los mecanismos de emparejamiento de los superconductores basados en níquel y los basados en cobre podrían no ser completamente análogos.
Cómo se emparejan los electrones es otra clave para resolver el misterio de la superconductividad de alta temperatura. En teoría, los mecanismos de emparejamiento de electrones se dividen en dos categorías: una no requiere un mediador y la otra necesita la transmisión a través de un mediador.
"Capturamos una señal espectroscópica típica de 'pliegue de banda' aproximadamente a 70 meV por debajo del nivel de Fermi, que es precisamente la 'huella dactilar' dejada por la interacción de acoplamiento de los electrones con algún tipo de bosón", explicó Chen Zhuoyu. "Esto confirma la existencia de acoplamiento electrón-bosón en los superconductores de alta temperatura basados en níquel, lo que sugiere que su emparejamiento de electrones probablemente esté mediado por algún tipo de mediador".
También se supo que este descubrimiento proporciona evidencia experimental importante para responder a la pregunta de cómo se emparejan los electrones. Actualmente, el equipo de investigación ya ha encontrado los rastros dejados por el mediador a través de estas "huellas dactilares". El siguiente paso, confirmar cuál es exactamente el bosón que actúa como mediador del emparejamiento, podría convertirse en la clave para dilucidar finalmente el mecanismo físico de la superconductividad de alta temperatura.