A capacidade do grafeno de manter a supercondutividade em campos magnéticos fortes levará a medicina e a computação quântica a um novo nível

Supercondutividade em grafeno vista pelo artista. Fonte da imagem: MIT

As máquinas de ressonância magnética estão atualmente limitadas a campos magnéticos de 1 a 3 Tesla. Se eles pudessem ser construídos a partir de supercondutores com maior resistência a campos magnéticos, os scanners de ressonância magnética poderiam capturar imagens mais nítidas e profundas do corpo humano. O mesmo se aplica a computadores quânticos. Campos magnéticos fortes destroem os estados quânticos dos qubits e tornam os sistemas de grande escala impossíveis. Ainda não está claro se uma nova descoberta ajudará nisso, mas sempre há esperança de uma descoberta.

Em seu experimento, cientistas do MIT e seus colegas do Instituto Nacional Japonês de Ciência de Materiais testaram o efeito de um campo magnético em três camadas de grafeno empilhadas umas sobre as outras. A camada média de grafeno da física foi girada 1,56 graus em relação às camadas externas. Este é o chamado ângulo “mágico” em que o grafeno adquire novas propriedades, por exemplo, torna-se um supercondutor. Aplicando um ímã permanente a este sanduíche, os cientistas descobriram que o campo magnético suprime gradualmente o efeito da supercondutividade, mas depois ele retorna e não desaparece até uma força de 10 Tesla (não havia ímã mais forte no laboratório, então isso pode não ser uma capela lateral do material).

Os físicos acreditam, mas ainda não têm certeza disso, que os elétrons no grafeno de três camadas girados em um “ângulo mágico” adquirem um caráter tripleto de spin – eles formam pares de Cooper com um spin total igual a 1. Em um supercondutor comum, os elétrons em Cooper, os pares são repelidos (seu spin total é 0) e resistem mal ao campo magnético externo. Em supercondutores spin-triplet, o tipo mais raro de supercondutores, os pares de Cooper, devido à forte adesão dos elétrons, permanecem resistentes a campos magnéticos externos e não perdem a supercondutividade até valores de força bastante fortes.

Se os físicos conseguirem provar que o grafeno de três camadas girado em um “ângulo mágico” é um supercondutor de spin-tripleto, isso abrirá o caminho para novos materiais supercondutores, que expandirão o campo de aplicação desse efeito.