Coisas extraordinárias acontecem em baixas temperaturas. Um dos melhores exemplos é a supercondutividade, um fenômeno em que a resistência elétrica de um sólido cai a zero abaixo de uma temperatura crítica. Conhecido por um século, a supercondutividade agora tem aplicações na ciência e na indústria. Estudantes de física e química podem até fazer seus próprios ímãs levitantes de ligas supercondutoras.

A maioria dos supercondutores, como a maioria dos sólidos, são cristalinos, com estruturas atômicas construídas a partir de células que se repetem periodicamente. Desde a década de 1980, uma forma alternativa de sólido, o quasicristal (QC), tornou-se proeminente. Embora os QCs tenham simetria, como cristais, eles não têm unidades de repetição. Essa falta de periodicidade resulta em estruturas eletrônicas incomuns. Agora, em um estudo em Nature Communications , uma equipe de pesquisa liderada pela Universidade de Nagoya descobriu a supercondutividade em um controle de qualidade pela primeira vez.

A equipe estudou uma liga de alumínio, zinco e magnésio. A versão cristalina é conhecida por ser supercondutora. Contudo, a estrutura do Al-Zn-Mg depende da proporção dos três elementos. A equipe descobriu que o Al teve um efeito crucial nas propriedades da liga. Como o primeiro autor do estudo Keisuke Kamiya observa, "Quando reduzimos o teor de Al, mantendo o teor de Mg quase constante, a temperatura crítica para supercondutividade no início diminuiu gradualmente de ~ 0,8 para ~ 0,2 K. No entanto, a 15% Al, duas coisas aconteceram:a liga se transformou em um quasicristal, e a temperatura crítica despencou para ~ 0,05 K. "

Esta temperatura crítica extremamente baixa, apenas 1/20 de grau acima do zero absoluto, explica por que a supercondutividade em CQs provou ser tão difícil de alcançar. Apesar disso, a liga QC mostrou duas características arquetípicas dos supercondutores:um salto no calor específico na temperatura crítica, e a exclusão quase total do fluxo magnético do interior, conhecido como efeito Meissner.

A supercondução em cristais convencionais agora é bem compreendida. Em temperatura suficientemente baixa, os elétrons carregados negativamente superam sua repulsão mútua e se atraem, se agrupando em pares. Esses "pares de Cooper" se aglutinam em um condensado de Bose-Einstein, um estado quântico da matéria com resistência elétrica zero. Contudo, a atração entre os elétrons depende de sua interação com a rede sólida, e a teoria convencional assume que este é um cristal periódico, em vez de um QC.

Para a origem da supercondução na liga QC, a equipe considerou três possibilidades. O mais exótico eram os "estados próprios críticos":estados eletrônicos especiais encontrados apenas próximos ao zero absoluto. Os autoestados eletrônicos são estendidos em cristais, e localizado em sólidos aleatórios, mas a extensão espacial dos autoestados críticos em QCs - que não são periódicos nem aleatórios - não é clara. Contudo, a equipe os descartou com base em suas medições. Isso levou de volta aos pares de Cooper, tanto na variedade estendida quanto na menos comum de "acoplamento fraco". Na verdade, a liga se assemelhava muito a um supercondutor de acoplamento fraco típico.

"É interessante que a supercondutividade desta liga não estava ligada à sua quase-cristalinidade, mas se assemelhava aos chamados cristais sujos, "diz o autor correspondente Noriaki K. Sato." No entanto, a teoria dos quasicristais também prevê outra forma de supercondução, com base na geometria fractal em QCs. Acreditamos que haja uma forte possibilidade de que a supercondutividade fractal dê pelo menos alguma contribuição, e ficaríamos ansiosos para finalmente medi-lo. "

O artigo, "Descoberta da supercondutividade em quasicristal, "foi publicado em Nature Communications .