Los superconductores son materiales que permiten que la electricidad fluya sin resistencia, típicamente solo a temperaturas extremadamente bajas. Si bien la mayoría siguen reglas físicas bien entendidas, el rutenato de estroncio, Sr2RuO4, ha sido difícil de explicar desde que se identificó su comportamiento superconductor en 1994. Es uno de los superconductores no convencionales más estudiados con precisión, sin embargo, los investigadores aún no se ponen de acuerdo sobre cómo se emparejan sus electrones y qué simetría gobierna ese proceso.
Una forma en que los científicos investigan los superconductores es observando cómo su temperatura de transición superconductora, conocida como Tc, responde a la tensión. Diferentes estados superconductores reaccionan de manera distinta cuando un cristal se estira, comprime o se tuerce. Estudios anteriores, particularmente aquellos que utilizan ultrasonido, sugirieron que Sr2RuO₄ podría albergar un estado superconductor de dos componentes. Esta forma más compleja puede producir efectos inusuales como campos magnéticos internos o múltiples regiones superconductoras coexistiendo. Sin embargo, se espera que dicho estado muestre una fuerte respuesta a la tensión de cizallamiento.
Experimento de Precisión con Tensión de Cizallamiento Revela Sorpresa
Para explorar esto más a fondo, un equipo de investigación de la Universidad de Kioto diseñó un experimento centrado en aplicar tensión controlada a Sr2RuO4. Desarrollaron un método para introducir tres tipos diferentes de tensión de cizallamiento a cristales extremadamente delgados del material. La tensión de cizallamiento implica desplazar partes de un cristal lateralmente, similar a deslizar la parte superior de una baraja de cartas con respecto a la inferior. Utilizando imágenes ópticas de alta resolución, midieron la tensión con precisión a temperaturas tan bajas como 30 grados K (−243 grados C).
El resultado fue inesperado. La temperatura de transición superconductora apenas cambió. Cualquier variación en Tc fue inferior a 10 milikelvin por cada porcentaje de tensión, lo que es, de hecho, demasiado pequeño para detectarse con confianza.
Los Hallazgos Desafían las Teorías Líderes
Estas observaciones indican que la tensión de cizallamiento tiene casi ninguna influencia sobre cuándo Sr2RuO4 se vuelve superconductor. Este resultado descarta varias teorías existentes y establece límites estrictos a los tipos de estados superconductores que aún son viables. En lugar de respaldar un estado de dos componentes, los hallazgos apuntan hacia un estado superconductor de un solo componente o posiblemente un estado más no convencional que aún no se ha explorado por completo.
“Nuestro estudio representa un gran paso hacia la resolución de uno de los misterios más antiguos de la física de la materia condensada”, afirma el primer autor, Giordano Mattoni, del Centro de Investigación Toyota Riken – Universidad de Kioto.
Un Nuevo Rompecabezas Surge
Si bien los resultados reducen las posibilidades, también introducen un nuevo desafío. Los experimentos de ultrasonido previos mostraron claramente una fuerte respuesta a la tensión de cizallamiento, mientras que estas mediciones directas de la tensión muestran casi ninguna. Explicar esta discrepancia es ahora una pregunta abierta importante para los investigadores.
Impacto Más Amplio Más Allá de Sr2RuO4
El enfoque de control de tensión desarrollado en este trabajo podría ser útil para estudiar otros superconductores que puedan tener un comportamiento de múltiples componentes, incluidos materiales como UPt₃. También podría ayudar a los científicos a comprender mejor los sistemas con transiciones de fase complejas.
