Uma equipe internacional de físicos liderada por cientistas da Universidade de Yale, nos Estados Unidos, apresentou as evidências mais convincentes até o momento da existência de um novo tipo de material supercondutor. A confirmação da existência de uma fase nemática da matéria é um avanço científico que pode abrir caminho para a criação de supercondutividade de uma nova maneira.
Diagrama de fases de FeSe1−xSx, estrutura cristalina e eletrônica do composto supercondutor FeSe0.81S0.19 / Fonte: Nature Physics
A teoria da supercondutividade inclui uma seção que descreve como o fluxo de corrente elétrica sem resistência pode ser explicado pela nematicidade eletrônica, ou um estado de fase da matéria em que as partículas quebram sua simetria rotacional. Em teoria, os compostos químicos podem garantir a existência de uma fase nemática. Isso se deve ao fato de que, à temperatura ambiente, para um elétron nos átomos, as direções horizontal e vertical do movimento potencial não são distinguíveis em propriedades. Em temperaturas significativamente mais baixas, os elétrons podem passar para a fase nemática, na qual uma das direções se torna mais preferível para as partículas. Em alguns casos, os elétrons oscilam, preferindo uma direção ou outra. Este comportamento dos elétrons é chamado de flutuações nemáticas.
Por muitos anos, os físicos não conseguiram provar a existência de supercondutividade decorrente de flutuações nemáticas. Agora os cientistas conseguiram confirmar experimentalmente a existência da fase necessária da substância em uma mistura de selenetos de ferro e enxofre. “São materiais ideais para o nosso estudo porque apresentam ordem nemática e supercondutividade sem magnetismo, o que os torna difíceis de estudar”, disse o líder do estudo Eduardo H. Da Silva Neto.
Durante o experimento, os pesquisadores resfriaram amostras do material a temperaturas abaixo de 500 milikelvin. Neste estado, todos os movimentos e vibrações dos átomos praticamente cessam. Para observar as amostras foi utilizado um microscópio de tunelamento de varredura (STM), que pode ser utilizado para obter imagens dos estados quânticos dos elétrons. Os cientistas se concentraram em estudar amostras que apresentavam flutuações nemáticas mais pronunciadas. Eles precisavam descobrir a “lacuna energética”, que é um indicador da presença e da força da supercondutividade. O experimento comprovou a existência da descontinuidade desejada, totalmente consistente com os parâmetros teóricos de supercondutividade causados pela nematicidade eletrônica.
«Provar a existência da lacuna tem sido muito difícil porque medir com precisão a lacuna requer medições STM complexas em temperaturas muito baixas. O próximo passo é estudar esse processo ainda mais de perto. O que acontece com a supercondutividade à medida que o teor de enxofre aumenta? Ela irá desaparecer? As flutuações de spin retornarão?”, disse Da Silva sobre seus planos futuros.
No futuro, os cientistas não conseguirão se concentrar nos parâmetros magnéticos da supercondutividade, como faziam antes. Uma direção promissora para pesquisas futuras será o controle das flutuações nemáticas. Isto poderia potencialmente levar à criação de supercondutores que podem operar em temperaturas mais altas.