Cientistas descobrem novo estado supercondutor exótico, proposto 50 anos atrás
Supercondutores e campos magnéticos não combinam...
...No entanto, uma equipe de pesquisa liderada pela física Vesna Mitrovic, da Universidade Brown (EUA), forneceu evidências de um estado supercondutor exótico, previsto inicialmente 50 anos atrás, que surge exatamente quando um supercondutor é exposto a um campo magnético forte.
A teoria e o experimento
Supercondutividade é a habilidade de conduzir corrente elétrica sem resistência. Ela depende da formação de pares de elétrons conhecidos como pares de Cooper. Em um condutor normal, elétrons chacoalham em torno da estrutura do material, o que cria resistência. Mas pares de Cooper se movem em conjunto de uma forma que os impede de “se debater” ao redor, o que lhes permite viajar sem resistência.
Os campos magnéticos são inimigos de pares de Cooper. A fim de formar um par, os elétrons devem ser opostos em uma propriedade que os físicos chamam de “spin”. Normalmente, um material supercondutor tem um número aproximadamente igual de elétrons com “spin-down” e “spin-up”, por isso quase todos têm um par. Mas fortes campos magnéticos podem transformar elétrons spin-down em spin-up, fazendo com que a população fique desigual.
Em 1964, físicos previram que a supercondutividade podia persistir em certos tipos de materiais em meio a um campo magnético. A previsão era de que os elétrons desemparelhados se reuniriam em grupos em todo o material supercondutor. Esses grupos conduziriam eletricidade normalmente, enquanto que o resto do material seria supercondutor.
Este estado supercondutor modulado chegou a ficar conhecido como “estado FFLO”, nomeado em homenagem aos teóricos Peter Fulde, Richard Ferrell, Anatoly Larkin e Yuri Ovchinniko, que previram sua existência.
Para investigar o fenômeno, Mitrovic e sua equipe usaram um supercondutor orgânico chamado “κ- (bedt-TTF) 2Cu (NCS) 2”, exatamente o tipo de material previsto para expor o estado FFLO.
Após a aplicação de um campo magnético intenso ao material, os pesquisadores analisaram suas propriedades usando ressonância magnética nuclear.
O que eles encontraram foram regiões em todo o material onde elétrons spin-up desemparelhados se reuniram. Estes elétrons “polarizados” comportaram-se como pequenas partículas presas em uma caixa.
“O que é notável sobre esses estados ligados é que eles permitiram o transporte de supercorrentes através de regiões não supercondutoras”, disse Mitrovic. “Deste modo, a corrente pôde viajar sem resistência ao longo de todo o material no estado supercondutor especial”.
Aplicações
Esta nova compreensão do que acontece quando a população de elétrons é desigual poderia ter muitas implicações práticas, levando-se em conta que a supercondutividade é considerada o futuro do transporte ultrarrápido, como trens Maglev.
Além da supercondutividade, a descoberta também pode ajudar os astrofísicos a entender melhor os pulsares – estrelas de nêutrons superdensas que abrigam tanto supercondutividade quanto fortes campos magnéticos.
“[O estudo] tem potencial de explicar muitas coisas no universo, como o comportamento dos quarks, partículas densas que formam os núcleos atômicos”, sugere Mitrovic.
A pesquisa também poderia ser relevante para o campo da spintrônica, dispositivos que operam com base no spin do elétron em vez de sua carga, feitos de camadas de estruturas supercondutoras ferromagnéticas. [BU, ScienceAlert]
Cientistas encontram material exótico que pode ser o “silício” da era quântica
Um estranho material que tem desafiado os cientistas há décadas pode ser o “silício” da era quântica, na medida em que pode abrir um novo caminho para os computadores quânticos e outros eletrônicos de última geração.
Físicos da Universidade de Michigan, nos EUA, descobriram e confirmaram várias propriedades do Hexaboreto de Samário. Eles afirmam que seus resultados também indicam como classificar o material, um mistério que tem sido investigado desde o final da década de 1960.
Os pesquisadores fornecem a primeira evidência direta de que o Hexaboreto de Samário, abreviado como SmB6, é um isolante topológico. Isolantes topológicos são, para os físicos, uma classe de sólidos que conduzem eletricidade como metais em toda a sua superfície, mas bloqueiam o fluxo da corrente como borrachas através do seu interior. Eles se comportam desta forma apesar de sua composição química ser a mesma em todas as suas partes.
Os cientistas também descobriram que a superfície do Hexaboreto de Samário detém elétrons Dinac raros, partículas com o potencial de ajudar os pesquisadores a superar um dos maiores obstáculos em computação quântica. Estas propriedades são particularmente atraentes para os cientistas porque o SmB6 é considerado um material fortemente correlacionado. Seus elétrons interagem mais de perto com os outros do que a maioria dos sólidos. Isto ajuda a manter no seu interior o comportamento de bloqueio de eletricidade.
Esta compreensão mais profunda do Hexaboreto de Samário levanta a possibilidade de que os engenheiros possam um dia recriar a rota do fluxo de corrente elétrica em computadores quânticos como fazem no silício na eletrônica convencional, explica Lu Li, professor assistente de física na Universidade de Michigan e coautor de um artigo sobre os resultados.
“Antes disso, ninguém havia encontrado elétrons de Dirac em um material de forte correlação”, afirma Li. “Nós pensamos que a forte correlação iria ‘machucá-los’, mas agora sabemos que isso não acontece. Embora eu não ache que este material seja a resposta, agora sabemos que esta combinação de propriedades é possível e podemos olhar para outros candidatos”.
A desvantagem do Hexaboreto de Samário é que os pesquisadores somente observaram esses comportamentos em temperaturas ultrafrias.
Os computadores quânticos usam partículas como os átomos ou elétrons para realizar tarefas de processamento e memória. Eles podem oferecer um aumento dramático no poder de computação devido à sua capacidade de realizar dezenas de cálculos ao mesmo tempo. Uma vez que eles conseguiriam lidar com os números de forma muito mais rápida do que os computadores convencionais, eles iriam melhorar muito a segurança do computador.
Mas embora essas aplicações sejam intrigantes, os pesquisadores estão mais entusiasmados com a ciência fundamental que eles descobriram. “Na ciência, você tem conceitos que lhe dizem que algo deve ser isto ou aquilo e quando é duas coisas ao mesmo tempo, isso é um sinal de que você encontrou algo interessante”, diz Jim Allen, professor emérito de física que estudou o Hexaboreto de Samário por 30 anos. [Phys]
Fonte: Hypescience
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