Dominios de ondas de densidad de carga triangulares alternos observados dentro de un compuesto superconductor en capas

Un equipo de investigación formado por NIMS y la Universidad de Ciencias de Tokio observó ondas de densidad de carga (CDW) dentro del diseleniuro de niobio (NbSe₂), un compuesto en capas, a temperaturas criogénicas y descubrió que forman dominios triangulares alternos caracterizados por dos estructuras CDW distintivas en forma de estrella y de trébol.

Se descubrió que esta estructura de dominio era consistente con una predicción teórica hecha hace unas cuatro décadas. El estudio se publica en Cartas de revisión física.

NbSe₂—un compuesto superconductor en capas— se utiliza a menudo en la investigación básica de fenómenos cuánticos. Por tanto, es importante comprender las propiedades físicas del NbSe.₂ en detalle a temperaturas criogénicas. Estos incluyen la propiedad única que posee de exhibir tanto superconductividad como CDW (es decir, modulaciones periódicas en la densidad electrónica dentro del compuesto) y la interacción entre ellos.

Determinar estas interacciones requerirá la identificación de una estructura de dominio CDW precisa dentro de NbSe₂. Investigaciones anteriores habían encontrado que los CDW dentro de NbSe₂ parecía tener dos tipos de dominios caracterizados por estructuras CDW en forma de estrella y de trébol. Sin embargo, la distribución de estos dos dominios permaneció indeterminada debido a la falta de técnicas cuantitativas capaces de dilucidarlos con precisión.

Este equipo de investigación capturó imágenes de alta resolución de CDW dentro de NbSe₂ utilizando un microscopio de efecto túnel (STM) capaz de obtener imágenes de superficies cristalinas con resolución a nivel atómico. Luego, el equipo logró obtener imágenes claras de los patrones de distribución de los dominios caracterizados por estructuras CDW en forma de estrella y de trébol determinando numéricamente el desplazamiento de las modulaciones CDW en relación con la red atómica observada.

La imagen resultante reveló que ambos dominios tenían formas triangulares y estaban dispuestos en un patrón alterno similar al urokomon, un motivo decorativo que se asemeja a las escamas de un pez o reptil que se encuentra a menudo en el arte y la artesanía tradicional japonesa. Esta fue la primera observación de la estructura del dominio CDW desde que se predijo teóricamente su existencia en la década de 1980.

Se espera que estos resultados avancen en la comprensión de los TID dentro de NbSe₂ y otros compuestos relacionados y facilitar la investigación de superconductores de alta temperatura al proporcionar nuevos conocimientos sobre la relación entre los CDW y la superconductividad. Además, pueden promover la investigación básica sobre fenómenos cuánticos en sistemas en los que estos compuestos puedan usarse como componentes básicos.