Investigadores de la Universidad de Cornell han descubierto un posible tercer tipo de material superconductor, que denominan onda g, para distinguirlo de los existentes onda s y onda d.

Los electrones en los superconductores se mueven juntos en lo que se conoce como pares de Cooper. Este "emparejamiento" dota a los superconductores con su propiedad más famosa -carecen de resistencia a la corriente eléctrica- porque, para generar resistencia, los pares de Cooper tienen que romperse, y esto requiere energía.

En los superconductores de ondas s, generalmente materiales convencionales, como plomo, estaño y mercurio, los pares de Cooper están formados por un electrón apuntando hacia arriba y el otro apuntando hacia abajo, ambos moviéndose de frente uno hacia el otro, sin momento angular neto. En las últimas décadas, una nueva clase de materiales exóticos ha exhibido lo que se llama superconductividad de onda d, por lo que los pares de Cooper tienen dos cuantos de momento angular.

Los físicos han teorizado la existencia de un tercer tipo de superconductor entre estos dos estados denominados 'singlet': un superconductor de onda p, con un quanto de momento angular y los electrones emparejándose con espines paralelos en lugar de antiparalelos. Este superconductor de triplete de espines sería un gran avance para la computación cuántica porque puede usarse para crear fermiones de Majorana, una partícula única que es su propia antipartícula.

Durante más de 20 años, uno de los principales candidatos para un superconductor de onda p ha sido el rutenato de estroncio (Sr2RuO4), aunque investigaciones recientes han comenzado a hacer agujeros en la idea.

Brad Ramshaw y su equipo se propusieron determinar de una vez por todas si el rutenato de estroncio es un superconductor de ondas p muy deseado. Usando espectroscopia de ultrasonido resonante de alta resolución, descubrieron que el material es potencialmente un tipo de superconductor completamente nuevo: onda g.

"Este experimento realmente muestra la posibilidad de este nuevo tipo de superconductor en el que nunca antes habíamos pensado", dijo Ramshaw. "Realmente abre el espacio de posibilidades de lo que puede ser un superconductor y cómo puede manifestarse. Si alguna vez vamos a manejar el control de superconductores y usarlos en tecnología con el tipo de control afinado que tenemos con los semiconductores, realmente queremos saber cómo funcionan y en qué variedades y sabores vienen".

Al igual que con proyectos anteriores, Ramshaw y Ghosh utilizaron espectroscopia de ultrasonido resonante para estudiar las propiedades de simetría de la superconductividad en un cristal de rutenato de estroncio que fue cultivado y cortado con precisión por colaboradores del Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos en Alemania.

Sin embargo, a diferencia de los intentos anteriores, Ramshaw y Ghosh encontraron un problema significativo al intentar realizar el experimento.

"Enfriar el ultrasonido resonante a 1 kelvin (menos 236,11 grados Celsius) es difícil, y tuvimos que construir un aparato completamente nuevo para lograrlo", dijo Ghosh.

Con su nueva configuración, el equipo de Cornell midió la respuesta de las constantes elásticas del cristal, esencialmente la velocidad del sonido en el material, a una variedad de ondas sonoras a medida que el material se enfriaba a través de su transición superconductora a 1,4 kelvin (menos 225 grados Celsius).

"Estos son, con mucho, los datos de espectroscopia de ultrasonido resonante de mayor precisión jamás tomados a estas bajas temperaturas", dijo Ramshaw.

Con base en los datos, determinaron que el rutenato de estroncio es lo que se llama un superconductor de dos componentes, lo que significa que la forma en que los electrones se unen es tan compleja que no se puede describir con un solo número; también necesita una dirección.

Estudios anteriores habían utilizado espectroscopía de resonancia magnética nuclear (RMN) para reducir las posibilidades de qué tipo de material ondulatorio podría ser el rutenato de estroncio, eliminando efectivamente la onda p como una opción.

Al determinar que el material era de dos componentes, el equipo de Ramshaw no solo confirmó esos hallazgos, sino que también demostró que el rutenato de estroncio tampoco era un superconductor convencional de ondas s o d.