La alta presión revela superconductividad en RhBi monoclínico

RhBi es un material especial que puede tener diferentes formas o estructuras, conocido como polimorfismo. Este material ha llamado la atención de los investigadores porque una de sus formas, llamada RhBi triclinico, muestra propiedades interesantes cuando se aplica presión. Los científicos creen que bajo ciertas condiciones, RhBi puede mostrar comportamientos inusuales que son importantes para entender nuevos materiales. En este estudio, nos enfocamos en otra forma de RhBi, conocida como RhBi monoclínico, y examinamos cómo la aplicación de presión afecta su capacidad para conducir electricidad y potencialmente convertirse en un superconductor.

#Antecedentes

La Superconductividad es un fenómeno único donde un material puede conducir electricidad sin resistencia cuando se enfría a temperaturas muy bajas. Este comportamiento está relacionado con cómo los electrones se emparejan y se mueven a través de un material. Por otro lado, la topología en los materiales se relaciona con su estructura y cómo se comportan a un nivel fundamental. La combinación de superconductividad y topología da lugar a un tipo especial de superconductividad que podría tener aplicaciones en tecnologías avanzadas como la computación cuántica.

Investigaciones recientes han demostrado que varios materiales que contienen bismuto exhiben superconductividad. Estos materiales pueden volverse superconductores ya sea al mezclarse con otros elementos o al aplicarse presión. Sin embargo, las razones detrás de esta superconductividad no siempre son claras y pueden variar de un material a otro.

#RhBi Monoclínico y Sus Propiedades

La forma monoclínica de RhBi se vuelve importante en nuestro estudio. A presión normal, se comporta como un metal, lo que significa que puede conducir electricidad, pero no muestra superconductividad. Para investigar cómo la presión afecta sus propiedades, aplicamos presiones de hasta 40 GPa y observamos cómo cambia su Resistividad Eléctrica con la temperatura.

Nuestros resultados muestran que cuando aumentamos la presión más allá de cierto punto, especialmente por encima de 10 GPa, el RhBi monoclínico transita a un estado superconductor. Observamos un rango de temperatura específico donde el material pasa de un estado normal a un estado superconductor, caracterizado por una caída en la resistencia eléctrica.

#Métodos Experimentales

Para crear los cristales simples de RhBi monoclínico, utilizamos un método donde el bismuto se usa como flujo. Mezclamos rhodio de alta pureza y bismuto en una proporción específica, calentamos la mezcla y luego la enfriamos lentamente. Los cristales resultantes fueron examinados por su composición y estructura usando técnicas avanzadas de imagen.

Para medir cómo fluye la electricidad a través del material bajo alta presión, utilizamos una celda de yunque de diamante. Este dispositivo nos permite aplicar presión extrema mientras medimos la resistividad eléctrica de la muestra a temperaturas muy bajas.

#Observaciones sobre la Superconductividad

A medida que aumentamos gradualmente la presión sobre el RhBi monoclínico, notamos que su resistividad eléctrica cambió. Hasta aproximadamente 10.6 GPa, el material mostró un comportamiento metálico típico donde la resistividad disminuía a medida que la temperatura bajaba. Sin embargo, después de alcanzar esta presión, detectamos una caída significativa en la resistividad a temperaturas por debajo de 2 K, lo que sugiere que la superconductividad estaba empezando.

A una presión de 16.1 GPa, alcanzamos la temperatura superconductora más alta observada a 5.1 K. Esto indica que aplicar presión puede impactar significativamente la capacidad del RhBi monoclínico para convertirse en superconductor. A medida que continuamos aumentando la presión más allá de este punto, la temperatura superconductora comenzó a disminuir.

#Efectos del Campo Magnético

También investigamos cómo un campo magnético externo afecta la superconductividad del RhBi monoclínico. A medida que aplicamos un campo magnético, el estado superconductor se trasladó a temperaturas más bajas, mostrando que la superconductividad puede disminuir en presencia de fuerzas magnéticas.

Usando un modelo teórico, calculamos valores relacionados con el comportamiento del estado superconductor en diversos campos magnéticos. Este enfoque nos ayudó a entender qué tan robusto es el estado superconductor frente a influencias externas.

#Estabilidad Bajo Presión

Para asegurarnos de que el RhBi monoclínico se mantenga estable bajo altas presiones, calculamos el Espectro de fonones del material. Los fonones son vibraciones dentro de un material que pueden indicar su estabilidad estructural. Nuestros cálculos mostraron que el RhBi monoclínico se mantiene estable hasta 40 GPa sin signos de desestabilización, lo que significa que puede soportar altas presiones sin cambiar su estructura.

#Propiedades Electrónicas

También exploramos cómo cambian las propiedades electrónicas del RhBi monoclínico con la presión. Entender la Densidad de estados electrónicos (DOS) nos ayuda a saber cuántos estados electrónicos están disponibles a un cierto nivel de energía. Nuestro análisis reveló que, si bien la presión afecta los niveles de energía en el material, no cambia drásticamente la forma general de la DOS.

Un hallazgo interesante fue que a ciertos niveles de presión, bandas de energía específicas cruzaron el nivel de Fermi, insinuando un cambio en las características electrónicas que se correlacionan con el comportamiento superconductor observado.

#Conclusión

En conclusión, nuestro estudio del RhBi monoclínico bajo alta presión demuestra que puede volverse superconductor a presiones superiores a 10 GPa. Observamos una clara relación entre la presión y la temperatura crítica para la superconductividad, formando una forma similar a un domo en nuestras mediciones. La temperatura crítica más alta se notó a 16.1 GPa.

El material muestra estabilidad incluso a presiones extremas, y sus propiedades electrónicas revelan patrones interesantes que se conectan con sus capacidades superconductoras. Nuestros hallazgos sugieren que el RhBi monoclínico puede servir como un material valioso para futuras investigaciones en el campo de la superconductividad y materiales topológicos.

A medida que los investigadores continúan estudiando materiales como el RhBi, se abren posibilidades para descubrir nuevos fenómenos que podrían llevar a avances en tecnología, particularmente en áreas como la computación cuántica.