Uma equipe de pesquisadores do Laboratório Nacional de Argonne do Departamento de Energia dos EUA (DOE) identificou um composto de óxido de níquel como um material candidato não convencional, mas promissor, para supercondutividade de alta temperatura.

A equipe sintetizou com sucesso cristais únicos de um composto de níquelato de camada tripla metálica, um feito que os pesquisadores acreditam ser o primeiro.

"Ele está preparado para a supercondutividade de uma forma não encontrada em outros óxidos de níquel. Temos muita esperança de que tudo o que temos a fazer agora é encontrar a concentração correta de elétrons."

Este composto de óxido de níquel não superconduta, disse John Mitchell, Argonne Distinguished Fellow e diretor associado da Divisão de Ciência de Materiais do laboratório, quem liderou o projeto, que combinou o crescimento do cristal, Espectroscopia de raios-X, e teoria computacional. Mas, ele adicionou, "Ele está preparado para a supercondutividade de uma forma não encontrada em outros óxidos de níquel. Temos muita esperança de que tudo o que temos a fazer agora é encontrar a concentração correta de elétrons."

Mitchell e sete co-autores anunciaram seus resultados na edição desta semana da Física da Natureza .

Os materiais supercondutores são tecnologicamente importantes porque a eletricidade flui através deles sem resistência. Supercondutores de alta temperatura podem levar a um processo mais rápido, dispositivos eletrônicos mais eficientes, grades que podem transmitir energia sem perda de energia e trens levitantes ultrarrápidos que usam ímãs sem atrito em vez de trilhos.

Apenas a supercondutividade de baixa temperatura parecia possível antes de 1986, mas os materiais que superconduzem em baixas temperaturas são impraticáveis ​​porque devem primeiro ser resfriados a centenas de graus abaixo de zero. Em 1986, Contudo, A descoberta da supercondutividade de alta temperatura em compostos de óxido de cobre chamados cupratos gerou um novo potencial tecnológico para o fenômeno.

Mas depois de três décadas de pesquisas subsequentes, exatamente como a supercondutividade cuprate funciona continua sendo um problema definidor no campo. Uma abordagem para resolver este problema tem sido estudar compostos que têm cristais semelhantes, estruturas magnéticas e eletrônicas para os cuprates.

Os óxidos à base de níquel - níquelatos - há muito são considerados análogos do cuprato em potencial porque o elemento fica imediatamente adjacente ao cobre na tabela periódica. Até agora, Mitchell observou, "Essa foi uma missão malsucedida." Como ele e seus co-autores notaram em seu Física da Natureza papel, "Nenhum desses análogos foi supercondutor, e poucos são mesmo metálicos. "

O níquelado que a equipe de Argonne criou é um composto de camada tripla quase bidimensional, o que significa que consiste em três camadas de óxido de níquel separadas por camadas espaçadoras de óxido de praseodímio.

"Portanto, parece mais bidimensional do que tridimensional, estrutural e eletronicamente, "Mitchell disse.

Este níquelato e um composto contendo lantânio em vez de praseodímio compartilham a estrutura de tricamada quase bidimensional. Mas o análogo de lantânio não é metálico e adota a chamada fase de "faixa de carga", uma propriedade eletrônica que torna o material um isolante, o oposto de um supercondutor.

"Por alguma razão ainda desconhecida, o sistema de praseodímio não forma essas listras, "Mitchell disse." Ele permanece metálico e por isso é certamente o candidato mais provável para supercondutividade. "

Argonne é um dos poucos laboratórios no mundo onde o composto poderia ser criado. O forno de zona flutuante de imagem óptica de alta pressão da Divisão de Ciência de Materiais tem recursos especiais. Pode atingir pressões de 150 atmosferas (equivalente às pressões de esmagamento encontradas em profundidades oceânicas de quase 5, 000 pés) e temperaturas de aproximadamente 2, 000 graus Celsius (mais de 3, 600 graus Fahrenheit), condições necessárias para o crescimento dos cristais.

"Não sabíamos com certeza se poderíamos fazer esses materiais, "disse o pesquisador de pós-doutorado de Argonne Junjie Zhang, o primeiro autor do estudo. Mas de fato, eles conseguiram fazer crescer os cristais medindo alguns milímetros de diâmetro (uma pequena fração de polegada).

A equipe de pesquisa verificou que a estrutura eletrônica do níquelato se assemelha à dos materiais cuprate, tomando medidas de espectroscopia de absorção de raios-X na Fonte Avançada de Fótons, um DOE Office of Science User Facility, e realizando cálculos de teoria funcional de densidade. Os cientistas de materiais usam a teoria do funcional da densidade para investigar as propriedades eletrônicas dos sistemas de matéria condensada.

"Passei toda a minha carreira sem fazer supercondutores de alta temperatura, "Mitchell brincou. Mas isso pode mudar na próxima fase da pesquisa de sua equipe:a tentativa de induzir a supercondutividade em seu material de níquel usando um processo químico chamado dopagem de elétrons, em que impurezas são deliberadamente adicionadas a um material para influenciar suas propriedades.