Los impulsos magnéticos generan superconductividad en los niquelatos exprés
La corriente sin pérdidas es el sueño de la energía. Algunos materiales se vuelven superconductores, pero normalmente solo a un frío extremo. Recientemente, en la familia de los niquelatos, compuestos a base de níquel, se han encontrado candidatos que funcionan a temperaturas más altas. Un grupo de teóricos tomó tres de estas sustancias (con lantano, praseodimio y neodimio) y calculó su comportamiento "desde cero", sin ajustes a los experimentos.
El cálculo reveló un panorama inesperado. Los electrones en estos cristales forman pares no gracias a las vibraciones térmicas de la red atómica, como en los superconductores convencionales. En cambio, funciona la excitación magnética colectiva: las fluctuaciones de espín. Se asemejan a una ola que recorre la fila de espines electrónicos y los hace moverse sincronizadamente. Si este mecanismo se "apaga" en el modelo, la superconductividad desaparece: la temperatura crítica cae a 0,01 kelvin, más frío que en el espacio interestelar.
El resultado principal es la forma predicha de la brecha superconductora. Se asemeja a una flor de cuatro pétalos: en algunas direcciones la energía de enlace de los electrones es máxima, en otras cae a cero. Este patrón surge de los picos de respuesta del líquido electrónico en las esquinas de la zona de Brillouin, una especie de mapa de los estados permitidos del electrón en el cristal. Los cálculos concuerdan bien con los experimentos existentes, y las predicciones detalladas para la microscopía de efecto túnel esperan su verificación en el laboratorio.
La danza magnética de los electrones, y no el temblor de los átomos, abre el camino hacia la superconductividad en los niquelatos. Esto cambia la visión de toda una clase de materiales.
Resumen original
tal como lo escribieron los autores, en inglés arXiv:2608.00512v1
Infinite-layer nickelates have recently emerged as a new family of potential unconventional high critical temperature ($$T_c$$) superconductors. However, fundamental questions such as their superconducting (SC) pairing mechanism and gap symmetry remain under intense debate. Here we present a fully {\it ab initio} theoretical study on the SC properties of optimally doped nickelates $$Re$$$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$NiO$$_2$$ ($$Re=$$ La, Pr, Nd), based on the density functional theory for superconductors calculations with electron-phonon coupling (EPC), screened Coulomb repulsion and spin fluctuation (SF) interaction treated on an equal footing. We find that $$Re_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$NiO$$_2$$ are two-band superconductors with sign reversal $$d_{x^2-y^2}(\pm)$$-wave gap functions on the different Fermi surface (FS) pockets. Interestingly, when the SF interaction is turned off, $$T_c$$ becomes negligibly small ($$\sim$$0.01 K), thus demonstrating that the superconductivity in $$Re_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$NiO$$_2$$ is driven by SF interaction. Moreover, our {\it ab initio} calculations reveal that the SF interaction is an order of magnitude stronger than both EPC and Coulomb repulsion on the large quasi-two-dimensional FS pocket around the Brillouin zone (BZ) center, thus leading to the SF-mediated pairing mechanism, although the EPC dominates on the small three-dimensional electron FS pockets at the BZ corners. The emergence of nodal $$d_{x^2-y^2}(\pm)$$-wave gap structure is traced to the pronounced peaks in the Lindhard response function at the BZ corners. Our calculated FS, SC critical temperature, nodal gap structure and SC quasiparticle density of states are consistent with most available experiments. Furthermore, predicted unconventional SC properties such as scanning tunneling spectra of La$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$NiO$$_2$$ and Pr$$_{0.8}$$Sr$$_{0.2}$$NiO$$_2$$ are ready for immediate experimental verifications.
La temperatura crítica de un superconductor sin fluctuaciones de espín, 0,01 K, se acerca a la temperatura más baja jamás alcanzada en un laboratorio (alrededor de 100 picokelvins).
En la novela "Luz de ficción" de Peter Watts, las naves alienígenas utilizan circuitos superconductores para controlar campos magnéticos sin pérdidas de energía, de manera similar a como las fluctuaciones de espín controlan los electrones en los niquelatos.