Defectos puntuales magnéticos en superconductores de alta temperatura

Aunque el superconductor YBa2Cu3O7−δ (YBCO) sea uno de los materiales más estudiados en ciencia de materiales de los últimos 30 años aún es capaz de depararnos sorpresas. Siempre se ha considerado la superconductividad y el magnetismo como dos fenómenos excluyentes, sin embargo, se ha detectado una fuente magnética en el interior del superconductor YBCO derivada de la presencia de defectos puntuales. Se trata de pares de vacantes de Cu y O en determinadas posiciones cristalográficas que conducen a la formación de clusters ferromagnéticos dentro del superconductor. Este trabajo, combinando experimentos de microscopía electrónica de transmisión y teoría de primeros principios DFT, proporciona una imagen completa de la estructura y la química de estos defectos a escala atómica y su efecto sobre las propiedades electrónicas y magnéticas del YBCO. Mediante espectroscopia de dicroísmo circular magnético de rayos X se ha probado y cuantificado el momento magnético de los átomos de Cu que rodean las vacantes de Cu y O, evidenciando a su vez una red diluida de defectos magnéticos incluso por debajo de la temperatura crítica del superconductor.

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Figura: A la izquierda, imagen a resolución atómica del cuprato YBCO estudiado, mostrando un defecto (flecha amarilla), en el que los huecos muestran la presencia de vacantes de cobre. La imagen muestra también la densidad de espín asociada a la vacantes de cobre junto con su perfil de magnetización. A la derecha, el espectro de absorción en el borde del cobre y la señal dicroica que provee información de su estructura magnética.

 

Referencia: J. Gazquez, R. Guzman, R. Mishra, E. Bartolomé, J. Salafranca, C. Magén, M. Varela, M. Coll, A. Palau, S. M. Valvidares, P. Gargiani, E. Pellegrin, J. Herrero-Martin, S. J. Pennycook, S.T. Pantelides, T. Puig, X. Obradors “Emerging dilute ferromagnetism in high-Tc superconductors driven by point defect clusters” Adv. Sci. 2016, 1500295.