Uma equipe de físicos da Universidade de Washington e do Departamento de Energia dos EUA (DOE) parece ter descoberto uma nova forma controlável de supercondutividade em um material exótico semelhante a um cristal. Sua supercondutividade pode ser alterada dependendo da tensão aplicada a ela, até o desligamento completo. Ao mesmo tempo, o recorde de quão “quente” um supercondutor de efeito de campo pode estar antes de perder a sua capacidade de conduzir eletricidade sem encontrar qualquer resistência parece ter sido quebrado.
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Um artigo científico publicado na revista Science Advances descreve um sanduíche sintético semelhante a um cristal de materiais ferromagnéticos (európio) e supercondutores (arsenieto de ferro) que exibe supercondutividade emergente quando colocado perto de um campo magnético forte o suficiente. O cristal dopado com EuFe2As2, como é chamado o material devido à adição de moléculas de cobalto durante o processo de síntese, aproveita o forte ferromagnetismo do európio (Eu) intercalado com camadas supercondutoras de FeAs (arsenieto de ferro) em uma configuração tipo sanduíche.
O resultado é o chamado supercondutor sintonizável por campo magnético – sua supercondutividade pode ser ativada usando campos magnéticos externos. No caso de um cristal EuFe2As2 dopado (usando equipamento especializado e uma combinação de técnicas de raios X), a equipe de pesquisa mostrou como um campo magnético externo devidamente alinhado equilibra os campos magnéticos que emanam das camadas ferromagnéticas de európio. Isso permite que eles sejam reorientados – e assim que os campos magnéticos inicialmente caóticos se tornam paralelos aos supercondutores, surge um estado da matéria com resistência zero.
Mas o cristal dopado EuFe2As2 tem outra propriedade interessante: suas habilidades supercondutoras podem ser desligadas mesmo em um campo magnético suficientemente forte. Tudo o que você precisa fazer é deformar o material usando um extensômetro criogênico – aplicar pressão em um lado (uniaxial) usando um pistão industrial especial certificado para medições científicas. Isso altera o grau de resistência dos elétrons que passam por ele. Em certos níveis de deformação, a supercondutividade de um material sintético pode ser aumentada tanto que não é necessário um campo magnético externo para fazer a transição para o estado supercondutor. Mas a partir de certo ponto, mesmo o excesso de pressão não permite mais o início do processo.
O EuFe2As2 dopado com cobalto consiste em camadas de átomos ferromagnéticos (azul) e átomos supercondutores (ouro). (B) A aplicação de um pequeno campo magnético causa supercondutividade e (C) a aplicação de deformação pode induzir ou suprimir a supercondutividade. Fonte da imagem: Argonne National Lab/Universidade de Washington
Os pesquisadores notaram dificuldades no processo de síntese. Assim, o grupo não conseguiu determinar o que impediu a síntese de produzir amostras estáveis de EuFe2As2 dopado com cobalto; em vez disso, eles relataram “variabilidade significativa nas amostras”, onde a variabilidade se refere à presença ou ausência de supercondutividade induzida por campo. Os pesquisadores também indicaram que provavelmente ocorreram dificuldades durante a etapa de dopagem com cobalto, o que confirma o quão difícil é controlar processos quânticos (como reações químicas) com o nível de precisão exigido por alguns desses materiais supercondutores sintéticos.
Mudanças sutis e subatômicas e interações de elementos são realmente tudo o que é necessário para transformar um material de semicondutor em supercondutor. Mas por trás dessa simplicidade está uma interação complexa de elementos, partículas e partículas subatômicas, spins, campos magnéticos e muitos outros parâmetros que devem estar exatamente conforme a necessidade – ou, no caso das amostras do estudo, a uma temperatura entre 4 e 10 Kelvin.
Este nível de resolução e controle sobre o momento “desligado” da supercondutividade (que é o mesmo que o momento “ligado”, mas em um sentido quântico especial) deve fornecer informações valiosas sobre a física quântica da supercondutividade. No mínimo, o supercondutor recém-descoberto poderia fornecer um campo de testes para uma melhor compreensão da própria supercondutividade. A investigação leva à possibilidade de ver uma transição molecular da matéria comum para a sua fase supercondutora e deverá melhorar a nossa capacidade de controlar este efeito e extrair dele maiores benefícios. Por exemplo, esta descoberta poderá ser aplicada em circuitos supercondutores para a eletrônica industrial de próxima geração.