Os pesquisadores descobriram uma liga de metal que pode conduzir eletricidade com resistência zero, ou superconduto, desde a pressão ambiente até pressões semelhantes às que existem perto do centro da Terra. O material, que é provavelmente o primeiro a mostrar este tipo de supercondutividade robusta, é descrito em um artigo em 12 de dezembro, 2017, edição do Proceedings of the National Academy of Sciences .

O material é membro de uma nova família de ligas metálicas conhecidas como ligas de alta entropia (HEAs), que são compostos de misturas aleatórias em escala atômica de elementos do bloco de "metais de transição" na tabela periódica. HEAs são interessantes de várias maneiras, incluindo estruturalmente. Eles têm estruturas de cristal simples, mas os metais são dispostos aleatoriamente nos pontos da rede, dando a cada liga as propriedades de um vidro e de um material cristalino.

O HEA estudado neste trabalho é o único que pode superconduzir continuamente de baixas a altas pressões - mesmo quando sujeito a pressões semelhantes às que existem na área externa do núcleo do nosso planeta. Esta descoberta foi feita por um grupo de cientistas do Instituto de Física da Academia Chinesa de Ciências e do Departamento de Química da Universidade de Princeton. O HEA que eles estudaram é composto pelos metais tântalo (Ta), nióbio (Nb), háfnio (Hf), zircônio (Zr), e titânio (Ti).

"Observamos que este HEA permanece em um estado de resistência elétrica zero desde um bar de pressão até a pressão do núcleo externo da Terra, sem mudanças estruturais, "disse um dos pesquisadores seniores do estudo, Professor Liling Sun do Instituto de Física de Pequim, para Phys.org .

Robert Cava, o Russell Wellman Moore Professor de Química em Princeton, outro autor sênior, adicionado, "Isso é uma coisa notável - não conhecemos nenhum outro material semelhante - e torna este HEA um candidato promissor para novas aplicações de supercondutores sob condições extremas."

A pressão é uma das variáveis ​​externas que podem revelar características inesperadas em um material. Em supercondutores, por exemplo, a aplicação de pressão alterou as temperaturas críticas (a temperatura abaixo da qual um material superconduta) e induziu a supercondutividade em materiais que, de outra forma, não exibiriam o fenômeno.

Aqui, o grupo aplicou pressão ao HEA usando uma célula de bigorna de diamante, um dispositivo que usa as faces polidas de dois diamantes - um dos materiais mais duros da Terra - para espremer uma amostra colocada entre eles. Para gerar pressão suficientemente alta para realizar as medições no HEA, o tamanho do culet de cada diamante - a "ponta" na parte inferior da gema - era de 40 mícrons (milionésimos de metro), que tem cerca de metade do diâmetro de um cabelo humano.

Para rastrear as possíveis mudanças estruturais enquanto a amostra estava na célula da bigorna de diamante, o grupo usou difração de raios-x baseada em síncrotron (XRD) no Shanghai Synchrotron Radiation Facility. O XRD permite que os pesquisadores obtenham informações estruturais sobre uma amostra cristalina com base no padrão que os raios X fazem depois de se difratarem dos átomos da amostra. Eles combinaram essas técnicas com medidas complementares de resistividade e magnetorresistência para caracterizar a supercondutividade.

Os resultados mostram que o HEA retém sua estrutura cristalina básica, apesar do volume da amostra ser comprimido consideravelmente (por uma medição, quando a pressão era de cerca de 96 GPa, o volume foi reduzido em cerca de 28 por cento).

Sol, Cava, e seus colegas atribuem o comportamento e estabilidade únicos do material à sua forte estrutura de cristal, combinada com a natureza aparentemente robusta de sua estrutura eletrônica quando submetida a uma grande quantidade de compressão de rede.

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