No panteão dos supercondutores não convencionais, o seleneto de ferro é uma estrela do rock. Mas novos experimentos dos EUA, Os físicos chineses e europeus descobriram que a persona magnética do material é inesperadamente mundana.

Pengcheng Dai, físico da Rice University, autor correspondente de um estudo dos resultados publicado online esta semana em Materiais da Natureza , ofereceu esta avaliação final do seleneto de ferro:"É um supercondutor à base de ferro de grande variedade. A física fundamental da supercondutividade é semelhante ao que encontramos em todos os outros supercondutores à base de ferro."

Essa conclusão é baseada em dados de experimentos de espalhamento de nêutrons realizados ao longo do ano passado nos EUA, Alemanha e Reino Unido. Os experimentos produziram as primeiras medições das propriedades magnéticas dinâmicas dos cristais de seleneto de ferro que passaram por uma mudança estrutural característica que ocorre quando o material é resfriado, mas antes de ser resfriado ao ponto da supercondutividade.

"O seleneto de ferro é completamente diferente de todos os outros supercondutores à base de ferro de várias maneiras, "disse Dai, professor de física e astronomia na Rice e membro do Centro de Materiais Quânticos de Rice (RCQM). “Tem a estrutura mais simples, sendo composto por apenas dois elementos. Todos os outros têm pelo menos três elementos e uma estrutura muito mais complicada. O seleneto de ferro também é o único que não possui ordem magnética e nenhum composto original. "

Dezenas de supercondutores à base de ferro foram descobertos desde 2008. Em cada um, os átomos de ferro formam uma folha 2-D que está prensada entre as folhas superior e inferior composta de outros elementos. No caso do seleneto de ferro, as folhas superior e inferior são de selênio puro, mas em outros materiais essas folhas são feitas de dois ou mais elementos. Em seleneto de ferro e outros supercondutores à base de ferro, átomos de ferro na folha 2-D central são espaçados em forma de tabuleiro de xadrez, exatamente a mesma distância um do outro nas direções esquerda-direita e frente-trás.

Conforme os materiais esfriam, eles passam por uma ligeira mudança estrutural. Em vez de quadrados exatos, os átomos de ferro formam losangos oblongos. São como diamantes de beisebol, onde a distância entre a placa base e a segunda base é menor do que a distância entre a primeira e a terceira base. E essa mudança entre os átomos de ferro faz com que os supercondutores à base de ferro exibam um comportamento direcionalmente dependente, como aumento da resistência elétrica ou condutividade apenas na direção de casa para o segundo ou primeiro para o terceiro.

Os físicos referem-se a este comportamento direcionalmente dependente como anisotropia ou nematicidade, e embora a nematicidade estrutural seja conhecida por ocorrer no seleneto de ferro, Dai disse que é impossível medir a ordem eletrônica e magnética exata do material por causa de uma propriedade conhecida como geminação. A geminação ocorre quando camadas de cristais 2-D orientados aleatoriamente são empilhadas. Imagine 100 diamantes de beisebol empilhados um sobre o outro, com a linha entre a placa inicial e a segunda base variando aleatoriamente para cada uma.

"Mesmo que haja um pedido eletrônico direcionalmente dependente em uma amostra geminada, você não pode medi-lo porque essas diferenças são médias e você acaba medindo um efeito líquido de zero, "Dai disse." Tivemos que separar amostras de seleneto de ferro para ver se havia pedido eletrônico nemático. "

O autor principal do estudo, Tong Chen, um Ph.D. do terceiro ano aluno do grupo de pesquisa de Dai, resolveu o problema da geminação pegando carona de maneira inteligente em um estudo de 2014 no qual Dai e seus colegas aplicaram pressão para detwin cristais de arseneto de bário e ferro. Era impossível aplicar o mesmo método ao seleneto de ferro porque os cristais eram 100 vezes menores, então Chen colou os cristais menores sobre os maiores, raciocinar que a pressão necessária para alinhar a amostra maior também faria com que as camadas de seleneto de ferro se encaixassem no alinhamento.

Chen passou semanas criando várias amostras para testar em feixes de dispersão de nêutrons. Cerca de 20 a 30 quadrados de 1 milímetro de seleneto de ferro tiveram que ser alinhados e colocados no topo de cada cristal de arseneto de bário e ferro. E a aplicação de cada um dos pequenos quadrados foi um trabalho meticuloso que envolveu um microscópio, pinças e especiais, cola sem hidrogênio que custa quase US $ 1, 000 por onça.

O trabalho valeu a pena quando Chen testou as amostras e descobriu que o seleneto de ferro havia sido destilado. Esses testes com feixes de espalhamento de nêutrons no Oak Ridge National Laboratory, o Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia, a Universidade Técnica de Munique e o Laboratório Rutherford-Appleton do Reino Unido também mostraram que o comportamento eletrônico do seleneto de ferro é muito semelhante ao de outros supercondutores de ferro.

"A principal conclusão é que as correlações magnéticas que estão associadas à supercondutividade no seleneto de ferro são altamente anisotrópicas, assim como em outros supercondutores de ferro, "Dai disse." Esse tem sido um ponto muito controverso, porque o seleneto de ferro, ao contrário de todos os outros supercondutores à base de ferro, não tem um composto parental que exibe ordem antiferromagnética, o que levou alguns a sugerir que a supercondutividade surgiu no seleneto de ferro de uma maneira completamente diferente daquela que surge nesses outros. Nossos resultados sugerem que não é o caso. Você não precisa de um método inteiramente novo para entendê-lo. "