Cientistas do Laboratório Ames do Departamento de Energia dos EUA desenvolveram um método para medir com precisão a "borda exata" ou início em que um campo magnético entra em um material supercondutor. O conhecimento desse limite - chamado de campo crítico inferior - desempenha um papel crucial em desvendar as dificuldades que têm impedido o uso mais amplo da supercondutividade em novas tecnologias.

Na física da matéria condensada, os cientistas distinguem entre vários estados supercondutores. Quando colocado em um campo magnético, o campo crítico superior é a intensidade com que destrói completamente o comportamento supercondutor de um material. O efeito Meissner pode ser considerado seu oposto, que acontece quando um material faz a transição para um estado supercondutor, expulsando completamente um campo magnético de seu interior, de modo que é reduzido a zero em um comprimento característico pequeno (normalmente menos de um micrômetro) chamado de profundidade de penetração de Londres.

Mas o que acontece na área cinzenta entre os dois? Praticamente todos os supercondutores são classificados como tipo II, o que significa que em campos magnéticos maiores, eles não mostram um efeito Meissner completo. Em vez de, eles desenvolvem um estado misto, com vórtices magnéticos quantizados - chamados de vórtices de Abrikosov - enfiando o material, formando uma rede de vórtice bidimensional, e afetando significativamente o comportamento dos supercondutores. Mais importante, esses vórtices podem ser empurrados pelo fluxo de corrente elétrica, fazendo com que a supercondutividade se dissipe.

O ponto em que esses vórtices começam a penetrar um supercondutor é chamado de campo crítico inferior, um que é notoriamente difícil de medir devido à distorção do campo magnético próximo às bordas da amostra. Contudo, o conhecimento deste campo é necessário para uma melhor compreensão e controle de supercondutores para uso em aplicações.

"A linha de fronteira, o valor dependente da temperatura do campo magnético no qual isso acontece, é muito importante; a presença de vórtices de Abrikosov muda muito o comportamento do supercondutor, "disse Ruslan Prozorov, um físico do Ames Laboratory, especialista em supercondutividade e magnetismo. "Muitas das aplicações para as quais gostaríamos de usar a supercondutividade, como a transmissão de eletricidade, são dificultados pela existência desta fase de vórtice. "

Para validar a nova técnica desenvolvida para medir esta linha limite, Prozorov e sua equipe sondaram três materiais supercondutores já bem estudados. Eles usaram um magnetômetro óptico desenvolvido recentemente que aproveita o estado quântico de um tipo particular de defeito atômico, chamados centros de vacância de nitrogênio (NV), em diamante. O instrumento altamente sensível permitiu aos cientistas medir desvios muito pequenos no sinal magnético muito perto da borda da amostra, detectando o início da penetração dos vórtices.

"Nosso método não é invasivo, muito preciso e tem melhor resolução espacial do que os métodos usados ​​anteriormente, "disse Prozorov.

Além disso, cálculos teóricos realizados em conjunto com outro cientista do Ames Laboratory, Vladimir Kogan, permitiu a extração dos valores de campo críticos mais baixos a partir do início medido da penetração do vórtice.