A supercondutividade de alta temperatura é um dos grandes mistérios da física. O grupo de pesquisa de Milan Allan usou um microscópio de túnel de varredura Josephson para obter imagens de variações espaciais de partículas supercondutoras pela primeira vez, e publicado sobre isso no jornal Natureza .

“Um dos mistérios dos supercondutores de alta temperatura é a possibilidade de não serem homogêneos. Isso significa que a densidade dos pares de Cooper que causam a supercondutividade muda no espaço, "diz o físico Milan Allan da LION, 'nós provamos isso, na verdade, supercondutores muito não homogêneos existem, imaginando-os pela primeira vez. "

A descoberta rendeu Doohee Cho, Koen Bastiaans, Jornal de Damianos Chatzopoulos e Allan a Nature, e pode ajudar a explicar a misteriosa supercondutividade de alta temperatura.

Supercondutividade convencional, em que um material conduz uma corrente elétrica sem qualquer resistência mensurável, foi descoberto em 1911. O físico de Leiden Heike Kamerlingh Onnes notou que a resistência elétrica do mercúrio desaparecia a uma temperatura de 4,2 graus acima do zero absoluto.

Barcos à vela

Isso foi estranho e inesperado, porque normalmente, elétrons que fluem através de um metal, colidirá com átomos ou irregularidades na estrutura do cristal, levando à resistência elétrica.

Somente em 1957, o fenômeno foi explicado pelos físicos Bardeen, Cooper e Schrieffer. Eles mostraram como os elétrons que fluem através de um cristal podem sentir uns aos outros à distância, via vibrações na estrutura cristalina, levando-os a se acoplar e formar os chamados pares de Cooper.

Além de elétrons, Os pares de Cooper podem se fundir e formar um grande coletivo, movendo-se através do cristal. Este coletivo é muito maior do que átomos individuais ou defeitos, e não os sentirá. É um pouco como a onda gigante que flui através de um campo de barcos à vela sem obstáculos, onde pequenas ondas serão interrompidas por barcos individuais.

Supercondutores de alta temperatura

Inesperadamente, em 1986, os físicos suíços Bednorz e Müller descobriram uma classe de materiais supercondutores em temperaturas excepcionalmente "quentes" de até 90 graus acima do zero absoluto. Quente o suficiente para falar de Supercondutividade de Alta Temperatura. "

Isso promete uma série de aplicações em tecnologia, variando de linhas de energia praticamente sem perdas a trens flutuantes, se a temperatura crítica puder ser aumentada para a temperatura ambiente.

"Mas a promessa não foi cumprida, "diz Allan. Alguns aplicativos estão chegando lentamente ao mercado, mas a temperatura crítica estagnou, talvez porque até hoje, os físicos teóricos não entendem totalmente a supercondutividade não convencional, apesar de décadas de experimentos e teorizações.

O que tem sido conhecido, é que os pares de Cooper nesses supercondutores são muito menores e mais esparsos em comparação com os supercondutores convencionais.

Microscópio Josephson

"Há anos que se fala sobre essa falta de homogeneidade, "diz Allan. Para finalmente visualizá-lo, O grupo de Allan usou um tipo especial de microscópio de varredura de túnel (STM), que imagens de uma amostra movendo a ponta de uma agulha minúscula acima da superfície. Enquanto a agulha escaneia a superfície, as propriedades locais são medidas, produzindo uma imagem com resolução atômica.

O tipo específico de STM é chamado Josephson-STM, em que a ponta é coberta com chumbo supercondutor. Ele usa o efeito Josephson:duas correntes supercondutoras podem cruzar uma pequena lacuna não condutora, neste caso, a lacuna entre a ponta e a amostra. Medindo cuidadosamente esta corrente Josephson, a densidade dos pares Cooper pode ser medida. Usando outros microscópios, ele pode mapear simultaneamente a coerência dos pares de Cooper, uma medida de sua estabilidade.

Pares Lumpy Cooper

As imagens, cada um levando cerca de três dias de digitalização, mostrou que a coerência e a densidade eram muito heterogêneas.

Para excluir a possibilidade de que isso seja causado por não homogeneidades no próprio cristal, os físicos também criaram imagens dos átomos, mas isso produziu um padrão completamente diferente. "Isso mostra que a não homogeneidade não é simplesmente uma consequência da estrutura cristalina, mas, em vez disso, é uma propriedade dos próprios pares Cooper, "diz Allan.

Josephson STM foi construído e usado antes, mas não com a resolução e confiabilidade que geraram essas imagens. "É uma soma de muitas melhorias técnicas individuais, que nos permitiu fazer isso. E também escolher a amostra certa. "O seleneto de telureto de ferro (FeTeSe) cuidadosamente selecionado é um supercondutor de alta temperatura, mas relativamente simples

Uma nova lente

As descobertas podem ajudar ainda mais os teóricos, como os físicos LION Jan Zaanen e Koenraad Schalm, resolva o mistério. Com seu microscópio, Allan espera investigar outros materiais em breve. "É como uma nova lente, um novo tipo de telescópio. Finalmente, podemos olhar para uma propriedade-chave da supercondutividade que antes não podia ser vista. "