Un equipo de científicos de la Universidad de Rice, en colaboración con instituciones internacionales, ha obtenido evidencia directa de bandas electrónicas activas en el superconductor de kagome CsCr3Sb5. Este avance, publicado el 14 de agosto en Nature Communications, representa un hito en la comprensión de los materiales cuánticos y podría catalizar el desarrollo de nuevas tecnologías en electrónica y computación.
La investigación se centra en el CsCr3Sb5, un metal de kagome a base de cromo que exhibe superconductividad bajo presión. Los metales de kagome, caracterizados por sus redes bidimensionales de triángulos que comparten vértices, se predice que albergan orbitales moleculares compactos o patrones de ondas estacionarias de electrones. Estos patrones tienen el potencial de facilitar la superconductividad no convencional y nuevos órdenes magnéticos, impulsados por efectos de correlación electrónica. A diferencia de la mayoría de los materiales, donde estas bandas planas permanecen energéticamente distantes para tener un impacto significativo, en el CsCr3Sb5 participan activamente, influyendo directamente en sus propiedades.
Para desentrañar la presencia de estos modos de electrones en ondas estacionarias, el equipo empleó técnicas avanzadas de sincrotrón, como la espectroscopia de fotoemisión con resolución angular (ARPES) y la dispersión de rayos X inelástica resonante (RIXS). La ARPES mapeó los electrones emitidos bajo luz de sincrotrón, revelando firmas distintivas de orbitales moleculares compactos, mientras que la RIXS midió las excitaciones magnéticas vinculadas a estos modos electrónicos. Los resultados de ambas técnicas proporcionaron una imagen coherente de la participación activa de las bandas planas en la configuración del panorama magnético y electrónico del material.
El soporte teórico provino del análisis de correlaciones fuertes a partir de un modelo de red electrónica personalizado, que replicó las características observadas y guió la interpretación de los hallazgos. La obtención de datos tan precisos fue posible gracias a la síntesis de cristales de CsCr3Sb5 inusualmente grandes y puros, producidos mediante un método refinado que generó muestras 100 veces mayores que los esfuerzos previos.
Pengcheng Dai, Ming Yi y Qimiao Si de la Universidad de Rice, junto con Di-Jing Huang del Centro Nacional de Investigación de Sincrotrón de Taiwán, lideraron este esfuerzo interdisciplinario que abarcó diseño de materiales, síntesis, caracterización espectroscópica y teoría. Este descubrimiento valida experimentalmente predicciones teóricas y establece un camino para la ingeniería de la superconductividad exótica a través del control químico y estructural.
Al identificar estas bandas planas activas, el equipo ha demostrado una conexión directa entre la geometría de la red y los estados cuánticos emergentes. Este hallazgo abre nuevas perspectivas para la manipulación del comportamiento de los electrones en sólidos, utilizando la intrincada geometría de las redes de kagome como una herramienta de diseño. La investigación subraya el potencial de la colaboración interdisciplinaria para avanzar en la ciencia de los materiales cuánticos, allanando el camino para futuras innovaciones en tecnologías de vanguardia.