Superconductividad y fluctuaciones de espín en PdₓHᵧ

Abstract

En la búsqueda de mecanismos complementarios o alternativos a la interacción electrón-fonón, se ha considerado que las fluctuaciones de espín (magnones) pueden actuar como el bosón intermedio que origina el fenómeno superconductor. Esto se fundamenta debido a su influencia en la dinámica de espines de sistemas con fases magnéticas y su energía, que es del mismo orden de magnitud para formar pares de Cooper. Sin embargo, debido a su naturaleza y el tipo de material donde surgen, pueden beneficiar o destruir la superconductividad. Los magnones se manifiestan como excitaciones colectivas de los espines de electrones, principalmente en orbitales tipo d; en consecuencia, tienen una fuerte relación con el carácter magnético del material, específicamente la susceptibilidad magnética (χ). Nuestro estudio tiene como principal objetivo contribuir a la comprensión de la termodinámica superconductora de materiales como el paladio (Pd) e hidruros de paladio (PdₓHᵧ), con x ≤ 3, y y = 1,2,3. Los resultados muestran que la absorción del hidrógeno en el Pd, crea un enlace con el metal estable, favoreciendo el acoplamiento electrón-fonón (λep). Por su parte, los sistemas PdₓHᵧ disminuyen su susceptibilidad χ con respecto al paladio; en consecuencia, se presenta una disminución en el acoplamiento electrón-magnón (λem), favoreciendo la manifestación del fenómeno superconductor. Nuestra investigación incluye y analiza algunos elementos de los metales de transición, en su mayoría elementos superconductores, e isótopos del hidrógeno (deuterio y tritio) en el compuesto PdH, con la finalidad de darle fortaleza a nuestra hipótesis. Dentro de nuestras contribuciones, se determinó una relación para el cálculo del acoplamiento λem en términos de la susceptibilidad χ; adicionalmente, formulamos una nueva relación para el pseudopotencial de Coulomb (μ∗N) al incluir a la frecuencia característica (ωln) en la ecuación del pseudopotencial tradicional (μ∗) derivado de las ecuaciones de Eliashberg. Con estas consideraciones, obtenemos temperaturas criticas muy cercanas a las experimentales en elementos superconductores estudiados y sistemas PdH y PdD. Finalmente, con nuestra propuesta obtenemos una posible solución al problema del coeficiente isotópico anómalo superconductor entre PdH y PdD, el cual no ha podido ser explicado de forma clara. El proyecto se realizó en el marco de la Teoría del Funcional de la Densidad (DFT) implementado en los códigos de cálculo WIEN2k y Elk. Para el cálculo de la temperatura critica (Tc), se considera la ecuación de McMillan- Allen-Dynes modificada por Mazin-Papaconstantopoulos-Mehl que incorpora el efecto de las fluctuaciones de espín a la teoría de Eliashberg.