Dipartimento di Fisica

La collaborazione tra i gruppi sperimentali di Chalmers e del Politecnico di Milano e i teorici di Roma Sapienza e Cottbus ha aggiunto un importante tassello nel complicato puzzle rappresentato dalle proprietà dei superconduttori ad alta temperatura critica della famiglia dei cuprati. Questi materiali, che diventano superconduttori se opportunamente drogati, sono caratterizzati da un complesso diagramma di fase nel piano temperatura-drogaggio, in cui diverse fasi appaiono in competizione tra loro. Alcune di queste fasi competitive sono elusive, ed è fondamentale osservarle e caratterizzarle. Questo è il caso della fase charge-density wave (onda di densità di carica), che era stata predetta dal gruppo teorico di Roma fin dal 1995, ed è stata osservata solo recentemente in tutti i materiali della famiglia dei cuprati, grazie allo sviluppo di tecniche di diffusione anelastica risonante di raggi X. Un’altra importante caratteristica dei cuprati è costituita dalle anomalie delle proprietà della fase metallica, che non trovano una spiegazione nel paradigma della Teoria di Landau dei Liquidi di Fermi. In particolare, nella cosiddetta fase del “metallo strano”, la resistività elettrica varia linearmente con la temperatura e questo comportamento anomalo può estendersi fino alla temperatura di transizione alla fase superconduttiva, e anche più sotto, se la superconduttività viene soppressa da un campo magnetico. Tale dipendenza lineare scompare nella fase charge-density wave.

Wahlberg et al., in un lavoro pubblicato su Science, hanno incrociato misure di resistività e di diffusione anelastica risonante di raggi X su film sottili di YBa2Cu3O7–δ, e hanno mostrato che al diminuire dello spessore del film, nella regione del diagramma di fase in cui sono presenti onde di densità di carica, si ha una progressiva soppressione dell’onda di densità di carica, accompagnata da un recupero della dipendenza lineare della resistività dalla temperatura, caratteristica del “metallo strano”.

Questa osservazione suggerisce una profonda connessione tra la comparsa dell’onda di densità di carica e la deviazione dal comportamento anomalo della fase metallica dei cuprati a bassa temperatura. Il risultato suggerisce, tra l’altro, che sia possibile manipolare lo stato fondamentale di materiali quantistici utilizzando come parametro di controllo lo sforzo elastico, che nell’esperimento è introdotto dalla crescita dei film sottili su un substrato.

Riferimenti: 

Restored strange metal phase through suppression of charge density waves in underdoped YBa2Cu3O7-δ - Eric Wahlberg, Riccardo Arpaia, Götz Seibold, Matteo Rossi, Roberto Fumagalli, Edoardo Trabaldo, Nicholas B. Brookes, Lucio Braicovich, Sergio Caprara, Ulf Gran, Giacomo Ghiringhelli, Thilo Bauch, Floriana Lombardi - Science, vol. 373, pp. 1506-1510 (2021). https://doi.org/10.1126/science.abc8372

Info:

Sergio Caprara

Dipartimento di Fisica