Uma equipe de pesquisa liderada por Shunsuke Yoshizawa, Pesquisador ICYS, NIMS, Takashi Uchihashi, líder do Grupo de Materiais de Fase Quântica de Superfície, MANA, NIMS, Emi Minamitani, professor assistente, Escola de engenharia, Universidade de Tóquio, Toshihiko Yokoyama, professor, IMS, NINS, e Kazuyuki Sakamoto, professor, Escola de Pós-Graduação em Ciências da Integração Avançada, Universidade de Chiba, conseguiu controlar com precisão a temperatura de transição de supercondutores em escala atômica usando moléculas orgânicas magnéticas. A equipe também identificou o mecanismo de controle.

Materiais da camada atômica, incluindo grafeno, têm sido ativamente estudados nos últimos anos. Em particular, muita atenção foi atraída para as descobertas de materiais supercondutores da camada atômica com uma alta temperatura de transição. Esses materiais são superiores aos materiais a granel em que suas propriedades supercondutoras podem ser controladas por meio de dopagem de transportador de suas superfícies / interfaces. Contudo, tinha sido difícil entender o mecanismo de dopagem de portadores em nível microscópico.

A equipe de pesquisa recentemente teve sucesso pela primeira vez no controle preciso da temperatura de transição das camadas atômicas supercondutoras usando moléculas orgânicas. Para alcançar isto, a equipe fabricou uma heteroestrutura ideal que consiste em uma camada atômica supercondutora e uma camada de moléculas orgânicas altamente ordenadas no topo da camada atômica. A criação da heteroestrutura permitiu à equipe realizar um estudo detalhado sobre o mecanismo de dopagem dos materiais da camada atômica. Consequentemente, a análise revelou que os átomos de metal no centro das moléculas orgânicas retinham spins de elétrons, o que poderia gerar magnetismo. Além disso, a equipe descobriu que a mudança na temperatura de transição supercondutora é fortemente influenciada pela competição entre a carga do elétron e o spin nas moléculas orgânicas. Além disso, a equipe descobriu que o efeito de spin é governado pela direção dos orbitais de elétrons, que podem ser vistos como "graus de liberdade ocultos" nas moléculas.

À luz desses resultados, os pesquisadores pretendem aumentar significativamente as propriedades supercondutoras, isto é, temperatura de transição supercondutora, dessas heteroestruturas. Depois que tal aprimoramento for feito, os pesquisadores esperam aplicar materiais supercondutores em uma ampla variedade de campos de forma que a tecnologia ajude a aliviar as questões ambientais / energéticas e apoie o desenvolvimento sustentável da sociedade.

Este estudo foi publicado em Nano Letras , um jornal da American Chemical Society, em 30 de março, 2017