p Desde a descoberta, há duas décadas, do supercondutor topológico não convencional Sr ₂ RuO ₄ , os cientistas investigaram extensivamente suas propriedades em temperaturas abaixo de sua temperatura crítica de 1 ° K (Tc), em que ocorre uma transição de fase de um estado metálico para supercondutor. Agora, experimentos feitos na Universidade de Illinois em Urbana-Champaign nos laboratórios Madhavan e Abbamonte, em colaboração com pesquisadores de seis instituições nos EUA, Canadá, Reino Unido, e Japão, lançaram uma nova luz sobre as propriedades eletrônicas deste material em temperaturas 4 ° K acima do Tc. As descobertas da equipe podem elucidar questões ainda não resolvidas sobre Sr ₂ RuO ₄ propriedades emergentes de no estado supercondutor. p Vidya Madhavan, professor de física e membro do Laboratório de Pesquisa de Materiais Frederick Seitz da Universidade de I., conduziu o experimento. Ela explica, "Começamos com a suposição amplamente aceita de que, em Sr ₂ RO ₄ do estado metálico normal acima de seu Tc, as interações dos elétrons seriam suficientemente fracas, para que o espectro de excitações ou estados eletrônicos fosse bem definido. "

p Madhavan continua, "Contudo, e esta é uma grande surpresa, nossa equipe observou grandes efeitos de interação no estado metálico normal. Os elétrons nos metais têm momento e energia bem definidos. Em metais simples, em baixas temperaturas, os elétrons ocupam todos os estados de momento em uma região delimitada por uma 'superfície de Fermi'. Aqui descobrimos que a velocidade dos elétrons em algumas direções através da superfície de Fermi foi reduzida em cerca de 50 por cento, o que não é esperado. Vimos efeitos de interação semelhantes na densidade de tunelamento dos estados. Esta é uma redução significativa, e foi uma grande surpresa. Achamos que apenas encontraríamos a forma da superfície de Fermi, mas ao invés, percebemos essas anomalias. "

p Eduardo Fradkin, professor de física e diretor do Institute for Condensed Matter Theory da U. de I., comentários, "As propriedades eletrônicas básicas deste material são conhecidas há algum tempo. Os cientistas estudam este material porque é suposto ser um sistema simples para testar efeitos científicos. Mas o material também tem sido uma fonte de debate contínuo no campo:este é um supercondutor de onda p, com emparelhamento de spin-tripleto. Isso sugeriu que o estado supercondutor pode ser de natureza topológica. Entender como esse sistema se torna supercondutor é uma questão aberta e intrigante. "

p O avanço para a compreensão das propriedades intrigantes do estado supercondutor do material pode estar neste estado normal anômalo (não supercondutor). Em um estado metálico normal convencional em baixa temperatura, os estados eletrônicos se comportam como quase-partículas bem definidas, conforme descrito pela teoria dos líquidos de Landau-Fermi. Mas os pesquisadores encontraram anomalias nas interações das partículas a 5 ° K que realmente caracterizam Sr ₂ RuO ₄ como um "metal fortemente correlacionado".

p No experimento, A equipe de Madhavan passou elétrons para o material usando uma ponta metálica eletrônica, em seguida, mediu a corrente resultante usando duas técnicas altamente avançadas e complementares, Espectroscopia de tunelamento de varredura por transformada de Fourier e espectroscopia de perda de energia de elétrons resolvida por momentum. Em quatro execuções de dados, os cientistas descobriram uma mudança significativa na probabilidade do tunelamento de elétrons próximo a energia zero, em comparação com Fermi-liquids.

p "Ficamos surpresos ao ver tantas informações valiosas, “compartilha Madhavan.” Começamos a conversar com Eduardo sobre a teoria e com Peter Abbamonte sobre seus experimentos. Grupo de Abbamonte, aplicando a técnica de espectroscopia de perda de energia de elétrons resolvida por momentum, também encontra interações com modos coletivos nas mesmas energias. "

p "A questão em aberto agora, encontramos algo interessante a 4 ° K acima da transição de fase supercondutora. Que importância isso tem para o que está acontecendo abaixo da temperatura supercondutora? "Madhavan continua. A equipe planeja aprofundar essa questão a seguir:" Quando Vidya chegar ao estado supercondutor, nós saberemos mais, "Fradkin afirma." Essas descobertas permitirão que ela adote uma abordagem única para revelar o parâmetro de ordem supercondutora desse material em experimentos futuros. "

p A publicação online antecipada desses resultados apareceu em 8 de maio, 2017, no Física da Natureza .