O físico de Yale Eduardo H. da Silva Neto liderou um experimento que sustenta a existência de um novo tipo de supercondutor.
Uma equipe liderada por Yale encontrou a evidência mais forte até agora de um novo tipo de material supercondutor, um avanço científico fundamental que pode abrir a porta para persuadir a supercondutividade – o fluxo de corrente elétrica sem perda de energia – de uma nova maneira.
A descoberta também dá apoio tangível a uma teoria de longa data sobre a supercondutividade – que poderia basear-se na nematicidade eletrónica, uma fase da matéria na qual as partículas quebram a sua simetria rotacional.
Aqui está o que isso significa. Nos cristais de seleneto de ferro misturados com enxofre, os átomos de ferro estão posicionados em uma grade. À temperatura ambiente, um elétron em um átomo de ferro não consegue distinguir entre as direções horizontal e vertical. Mas a temperaturas mais baixas, o electrão pode entrar numa fase “nemática”, onde começa a preferir mover-se numa direcção ou noutra.
Em alguns casos, o elétron pode começar a flutuar entre preferir uma direção e depois a outra. Isso é chamado de flutuação nemática.
Durante décadas, os físicos tentaram provar a existência de supercondutividade devido a flutuações nemáticas, com pouco sucesso. Mas o novo estudo, um esforço multi-institucional liderado por Eduardo H. da Silva Neto, de Yale, é promissor.
As descobertas aparecem na revista Nature Physics.
“Começamos com o palpite de que havia algo interessante acontecendo em certos materiais de seleneto de ferro misturados com enxofre, relacionado à relação entre supercondutividade e flutuações nemáticas”, disse da Silva Neto, professor assistente de física na Faculdade de Artes e Ciências de Yale. e membro do Energy Sciences Institute do West Campus de Yale.
“Esses materiais são ideais porque apresentam ordem nemática e supercondutividade sem alguns dos inconvenientes, como o magnetismo, que podem dificultar seu estudo”, disse Silva Neto. “Você pode separar o magnetismo da equação.”
Mas não é fácil. Para o estudo, os pesquisadores resfriaram materiais à base de ferro a uma temperatura inferior a 500 milikelvins durante um período de vários dias. Para rastrear o material, eles usaram um microscópio de varredura por tunelamento (STM) – que tira imagens dos estados quânticos dos elétrons em nível atômico.
Centrando os seus estudos nos selenetos de ferro com flutuações nemáticas máximas, os investigadores procuraram uma “lacuna supercondutora” – um proxy bem estabelecido para a existência e força da supercondutividade. As imagens STM permitiram aos pesquisadores encontrar uma lacuna que correspondesse exatamente à supercondutividade causada pela nematicidade eletrônica.
“Isso tem sido difícil de provar, porque é preciso fazer medições desafiadoras do STM em temperaturas muito baixas para poder medir a lacuna com precisão”, disse Silva Neto. “O próximo passo é olhar ainda mais de perto. Se continuarmos a aumentar o teor de enxofre, o que acontecerá com a supercondutividade ‘Será que ela morrerá’ As flutuações de rotação retornarão’ Surgirão várias questões que exploraremos a seguir.”
As descobertas são o culminar de um esforço de investigação financiado pela National Science Foundation como parte de uma concessão do Career Award ao laboratório de Silva Neto, primeiro na Universidade da Califórnia, Davis e agora em Yale.
Os co-autores principais do estudo são os estudantes de pós-graduação de Yale, Pranab Kumar Nag e Kirsty Scott.
Coautores adicionais de Yale incluem Xinze Yang e Aaron Greenberg, bem como pesquisadores da Universidade da Califórnia, Davis; a Universidade de Minnesota; Universidade Federal de Goiás no Brasil; a Universidade de Campinas no Brasil; e Universidade Fairfield.
Jim Shelton
