Pesquisadores da Brown University demonstraram um método incomum de colocar freios na supercondutividade, a capacidade de um material de conduzir uma corrente elétrica com resistência zero.

A pesquisa mostra que campos magnéticos fracos - muito mais fracos do que aqueles que normalmente interrompem a supercondutividade - podem interagir com defeitos em um material para criar um "campo de medida aleatório, "uma espécie de curso de obstáculos quânticos que gera resistência para elétrons supercondutores.

"Estamos interrompendo a supercondutividade de uma forma que as pessoas nunca fizeram antes, "disse Jim Valles, um professor de física na Brown que dirigiu o trabalho. "Este tipo de transição de fase envolvendo um campo de medida aleatório foi previsto teoricamente, mas esta é a primeira vez que foi demonstrado em um experimento. "

A pesquisa está publicada na revista. Relatórios Científicos .

O estado supercondutor depende da formação e propagação de "pares de Cooper, "elétrons acoplados que, em temperaturas muito baixas, comportam-se mais como ondas do que como partículas. Sua propriedade ondulatória permite que eles viajem através da estrutura de um material sem bater nos núcleos atômicos ao longo do caminho, reduzindo a resistência que eles encontram a zero. Os pares de Cooper são nomeados em homenagem a Leon Cooper, um físico da Brown University que dividiu o Prêmio Nobel de Física em 1972 por explicar seu comportamento.

As ligações entre os pares de elétrons não são particularmente fortes. Um pequeno aumento na temperatura ou a presença de um campo magnético com uma força acima de um valor crítico (o valor varia um pouco para diferentes materiais) pode quebrar os pares, que por sua vez quebra o estado supercondutor.

Mas Valles e seus colegas estavam investigando um método diferente para destruir a supercondutividade. Em vez de separar os pares Cooper, A equipe de Valles queria ver se eles poderiam atrapalhar a maneira como os pares se propagam.

Quando um material é supercondutor, Os pares de Cooper se propagam "em fase, "significando que os picos e vales de suas ondas quânticas estão correlacionados. Tirar as ondas da fase as tornaria incapazes de se propagar de uma forma que sustentaria o estado supercondutor, convertendo assim o material em um isolante.

Para demonstrar o fenômeno, Valles e seus colegas criaram pequenos chips supercondutores feitos de bismuto amorfo. Os chips foram feitos com furos em nanoescala, dispostos em um padrão semelhante a um favo de mel que se repete aleatoriamente. A equipe então aplicou um campo magnético fraco aos chips. Sob circunstâncias normais, um supercondutor repelirá qualquer campo magnético abaixo de um valor crítico e continuará supercondutor. Mas os defeitos no bismuto faziam com que o material repelisse o campo magnético de uma forma peculiar, formando minúsculos vórtices de corrente elétrica em torno de cada orifício.

Para pares supercondutores de Cooper, esses vórtices formam uma pista de obstáculos quânticos muito difícil de cruzar. Os vórtices atuais empurram e puxam as frentes de onda dos pares de Cooper passando em padrões aleatórios, batendo as ondas fora de fase umas com as outras.

"Estamos interrompendo o movimento coerente das frentes das ondas, "Valles disse." Como resultado, os pares Cooper tornam-se localizados - incapazes de se propagar - e o sistema passa de supercondutor para isolante. "

A pesquisa pode ajudar os cientistas a compreender as propriedades fundamentais dos materiais supercondutores - em particular, como defeitos nesses materiais podem interromper a supercondutividade em certas situações. Compreender como esses materiais se comportam será importante à medida que seu uso aumenta em aplicações como computadores quânticos, que dependerá de estados supercondutores consistentes.

"Em tecnologia, estamos tentando extrair mais e mais das propriedades quânticas dos materiais, mas todos esses materiais têm essas impurezas confusas, "Valles disse." Nós mostramos os efeitos de um certo tipo de aleatoriedade quântica em um supercondutor que é impulsionado por um campo magnético e defeitos aleatórios. Portanto, este trabalho pode ser interessante para entender quais são as limitações na exploração das propriedades quânticas dos materiais. "

Valles espera que as descobertas e a técnica descritas no artigo levem a outros avanços fundamentais.

"Podemos ajustar este deslocador de fase de uma forma bem definida e simples de modelar, o que pode nos permitir entender as transições de fase quântica um pouco melhor, "Valles disse." Então, de certa forma, criamos um novo botão que podemos girar para afetar as propriedades desses materiais e ver como eles reagem. "