Um grupo de físicos da Universidade de Washington e do Departamento de Energia dos EUA (DOE) aparentemente descoberto uma variação nova e controlável de supercondutividade em um material exótico semelhante a um cristal. Sua supercondutividade pode ser modulada de acordo com a tensão aplicada sobre ele, a ponto de desligá-lo à vontade. Simultaneamente, eles aparentemente quebraram o recorde de quão “quente” um supercondutor de efeito de campo pode ser antes de perder sua capacidade de conduzir eletricidade, na ausência de qualquer resistência. Ainda não chegou a hora do supercondutor à temperatura ambiente e à pressão ambiente, mas um recorde de temperatura é um recorde de temperatura, mesmo que (ainda) esteja em torno da barreira de 10 K (-263,5 ºC). Aqui está nossa cartilha com detalhes sobre o que são supercondutores, como funcionam e por que você deve aprender sobre eles.
O artigo de pesquisa (publicado em Avanços da Ciência) descreve um sanduíche sintético semelhante a um cristal de materiais ferromagnéticos (Európio) e supercondutores (Arsenieto de Ferro), que apresentam supercondutividade emergente quando colocados na proximidade de um campo magnético forte o suficiente. O EuFe2As2 dopado, como é chamado o material devido à adição de moléculas de cobalto ao processo de síntese, aproveita o forte ferromagnetismo do Európio (Eu), alternado com camadas supercondutoras/nemáticas de FeAs (Arsenieto de Ferro) em uma configuração tipo sanduíche.
O resultado é o que é conhecido como supercondutor sintonizável em campo – aquele cujos recursos de supercondutividade podem ser habilitados por meio da aplicação de campos magnéticos externos. No caso do EuFe2As2 dopado (e através da utilização de equipamento especializado juntamente com uma combinação de técnicas de raios X), a equipa de investigação mostrou como um campo magnético externo devidamente alinhado contrabalança os campos magnéticos que emanam das camadas ferromagnéticas de Európio. Isso permite que eles sejam reorientados – e uma vez que os campos magnéticos originalmente caóticos são paralelos aos supercondutores, surge um estado de resistência zero da matéria.
Mas o EuFe2As2 dopado tem outro segredo: as suas capacidades supercondutoras podem ser desligadas mesmo num campo magnético suficientemente forte. Tudo o que é necessário é esticar o material com uma célula de deformação criogênica – para aplicar pressão de um único lado (uniaxialmente) com o que é semelhante a uma célula industrial certificada por medições científicas. pistão – para modular a quantidade de resistência que os elétrons encontram ao atravessá-lo. Sob certos níveis de tensão, a supercondutividade do material sintético pode ser aumentada o suficiente para que um campo magnético externo não seja necessário para permitir um estado supercondutor. Mas depois de um certo ponto, nem mesmo a pressão faz os motores funcionarem. Dois mecanismos diferentes para a supercondutividade só podem ir até certo ponto, mas também abrem várias oportunidades na personalização da supercondutividade – uma alavanca adicional a ser puxada.
O EuFe2As2 dopado com cobalto consiste em camadas empilhadas de átomos ferromagnéticos (azul) e átomos supercondutores (ouro). (B) A aplicação de um pequeno campo magnético induz supercondutividade, enquanto (C) a aplicação de tensão pode induzir ou suprimir a supercondutividade. (Crédito da imagem: Argonne National Lab/Universidade de Washington)
Os investigadores notaram dificuldades no seu processo de síntese, apesar da qualidade esmagadora da documentação (afinal, eles próprios o fizeram). A equipe de pesquisa não foi capaz de discernir o que impediu que amostras viáveis de EuFe2As2 dopado com cobalto resultassem do processo de síntese; em vez disso, eles relataram “variabilidade substancial de amostra para amostra”, onde variabilidade se refere ao fato de as amostras apresentarem supercondutividade induzida por campo ou não. Os pesquisadores notaram ainda as dificuldades que provavelmente surgiram na etapa de dopagem com cobalto da receita, uma confirmação de quão difícil é controlar processos quânticos (como reações químicas) no nível de precisão que alguns desses materiais sintéticos portadores de supercondutividade exigem. .
Estas são mudanças e interações sutis de elementos subatômicos – isso é realmente tudo o que é necessário para transformar um material de semicondutividade em supercondutividade. Mas essa simplicidade esconde uma interação complexa de elementos, partículas e partículas subatômicas, spins, campos magnéticos e muitos outros parâmetros de uma forma que é perfeita – ou no caso das amostras do pesquisador, entre 4 Kelvin e 10 Kelvin de correção.
Este nível de resolução e controle no momento em que a supercondutividade é “desligada” (que é o mesmo que o momento em que é “ligada”, mas diferente, de uma forma muito quântica) deve fornecer insights inestimáveis sobre a física quântica da supercondução. No mínimo, o supercondutor recém-descoberto pode ser um teste para uma melhor compreensão da própria supercondutividade – ser capaz de ver a transição molecular da matéria normal para a sua fase supercondutora em resoluções cada vez mais altas deverá aumentar a nossa capacidade de controlar o efeito e extrair mais utilidade disso. E, na verdade, o livro sobre física da matéria condensada ainda tem várias páginas em branco para despejar descobertas – incluindo este novo mecanismo supercondutor. Não que seja difícil imaginar lugares onde circuitos perfeitamente condutores que nunca aquecem seriam ótimos – o Argonne National Labs afirma que esta descoberta poderia “encontrar usos em circuitos supercondutores para a próxima geração de eletrônicos industriais”. Vou levar um Ryzen 15 Super Cooperpor favor.