Estructura y propiedades electrónicas de la triple Perovskita YBa2 (Fe1-x Mnx )3 O8+δ

Abstract

La superconductividad fue descubierta en 1911 por H. K. Onnes [1], desde entonces continúa sien do uno de los aspectos electrónicos más estudiados del comportamiento de los sólidos. Es un fenómeno extraordinario, de naturaleza mecánico-cuántica; esencialmente es un problema de muchos cuerpos que no puede describirse mediante la aproximación de una sola partícula. El estado superconductor no es un estado fermiónico de baja resistencia eléctrica, sino un estado bosónico con resistencia eléctrica realmente igual a cero y la presencia del efecto Meissner. El hallazgo en 1986, de los superconductores cerámicos de alta temperatura crítica, HTS (por sus siglas en inglés) [2], cambió radicalmente el concepto de la superconductividad (SC); la débil interacción electrón-electrón mediada por fonones, responsable de la SC a bajas temperaturas, parecía no apropiada para explicar el fenómeno a altas temperaturas. Los HTS cerámicos establecieron nuevos retos tanto teóricos como experimentales, por ejemplo; la inclusión de mediadores no fonónicos en el mecanismo de apareamiento (magnones, polarones, por ejemplo), así como el desarrollo de una tecnología para fabricar sondas cerámicas transportadoras de energía eléctrica. Por naturaleza, los superconductores cerámicos involucran una gran variedad de especies atómicas, magnéticas y no magnéticas, enlazadas con cierto grado de covalencia/ionicidad que dan origen a diversas estructuras con defectos espaciales y propiedades físicas/químicas totalmente diferentes a aquellas de los superconductores clásicos (típicamente metales o aleaciones metálicas simples). Un aspecto notable tanto en los HTS cerámicos como en los no cerámicos, es que aceptan elementos magnéticos en la estequiometría lo que puede dar origen a interacciones de carácter magnético en el mecanismo de apareamiento cuya descripción teórica, actualmente, continúa siendo un problema abierto. La teoría BCS1, la primera teoría microscópica de la SC, no pudo explicar el o los mecanismos responsables de este fenómeno electrónico en los nuevos materiales cerámicos con elementos magnéticos. Esto último está vinculado a dos características principales de la teoría. La primera consiste en que los dos electrones que interactúan atractivamente para formar el par de Cooper, deben por razones energéticas, tener momentos y espines opuestos. El apareamiento de electrones con espines opuestos no puede dar origen a estados ordenados magnéticamente. Como resultado la SC y el magnetismo según la teoría BCS no pueden coexistir en mismo espacio [3, 4]. La segunda característica es que utiliza aproximaciones tales como una superficie de Fermi esférica y un potencial de interacción electrón-electrón constante que limitan su capacidad teórica para reproducir hechos experimentales. Concretamente, las fallas en dicha teoría se hicieron notar cuando se descubrieron superconductores que poseían elementos magnéticos en su estructura, entre ellos las fases de Chevrel [5], borocarburos intermetálicos [6], cerámicos con elementos magnéticos [7], fermiones pesados [8] y los superconductores base hierro [9]. En varios de estos sistemas coexisten la SC y el magnetismo, dos fenómenos aparentemente antagónicos, mutuamente excluyentes según la teoría BCS. Esto dio origen a la hipótesis de que el mecanismo de apareamiento electrónico en sistemas superconductores magnéticos no es únicamente de carácter fonónico, sino también magnético, y que el magnetismo del elemento de transición desempeña por tanto un papel preponderante en la emergencia de SC en tales sistemas.