Cientistas do Laboratório Nacional de Aceleração SLAC do Departamento de Energia e da Universidade de Stanford fizeram o primeiro material de óxido de níquel que mostra sinais claros de supercondutividade - a capacidade de transmitir corrente elétrica sem perda.

Também conhecido como níquelato, é o primeiro de uma nova família potencial de supercondutores não convencionais que é muito semelhante aos óxidos de cobre, ou cuprates, cuja descoberta em 1986 aumentou a esperança de que os supercondutores pudessem algum dia operar próximo à temperatura ambiente e revolucionar os dispositivos eletrônicos, transmissão de energia e outras tecnologias. Essas semelhanças fizeram os cientistas se perguntarem se os níquelatos também poderiam superconduzir em temperaturas relativamente altas.

Ao mesmo tempo, o novo material parece diferente dos cuprates em aspectos fundamentais - por exemplo, pode não conter um tipo de magnetismo que todos os cupratos supercondutores têm - e isso poderia derrubar as principais teorias de como esses supercondutores não convencionais funcionam. Depois de mais de três décadas de pesquisa, ninguém definiu isso.

Os experimentos foram conduzidos por Danfeng Li, um pesquisador de pós-doutorado com o Instituto de Stanford para Ciências de Materiais e Energia no SLAC, e descrito hoje em Natureza .

“Esta é uma descoberta muito importante que nos obriga a repensar os detalhes da estrutura eletrônica e os possíveis mecanismos de supercondutividade desses materiais, "disse George Sawatzky, um professor de física e química da University of British Columbia que não estava envolvido no estudo, mas escreveu um comentário que acompanhou o artigo em Natureza . "Isso vai fazer com que um monte de gente comece a investigar essa nova classe de materiais, e todos os tipos de trabalho experimental e teórico serão feitos. "

Um caminho dificil

Desde que os supercondutores de cuprato foram descobertos, os cientistas sonham em fazer materiais de óxido semelhantes à base de níquel, que está bem ao lado do cobre na tabela periódica dos elementos.

Mas fabricar níquelados com uma estrutura atômica que conduz à supercondutividade acabou sendo inesperadamente difícil.

"Até onde sabemos, o níquel que estávamos tentando fazer não é estável em temperaturas muito altas - cerca de 600 graus Celsius - onde esses materiais são normalmente cultivados, "Disse Li." Portanto, precisávamos começar com algo que pudéssemos cultivar de forma estável em altas temperaturas e depois transformá-lo em temperaturas mais baixas na forma que desejávamos. "

Ele começou com uma perovskita, um material definido por seu exclusivo, estrutura atômica de pirâmide dupla - que continha neodímio, níquel e oxigênio. Em seguida, ele dopou a perovskita adicionando estrôncio; este é um processo comum que adiciona produtos químicos a um material para fazer com que mais elétrons fluam livremente.

Isso roubou elétrons dos átomos de níquel, deixando "buracos vazios, "e os átomos de níquel não ficaram felizes com isso, Li disse. O material agora estava instável, dar o próximo passo - fazer crescer uma película fina dele em uma superfície - realmente desafiador; levou meio ano para fazê-lo funcionar.

'Química Jenga'

Feito isso, Li cortou o filme em pequenos pedaços, O embrulhou frouxamente em papel alumínio e o selou em um tubo de ensaio com um produto químico que arrancou cuidadosamente uma camada de seus átomos de oxigênio - como remover um pedaço de pau de uma torre instável de blocos de Jenga. Isso transformou o filme em uma estrutura atômica inteiramente nova - um níquelato dopado com estrôncio.

"Cada uma dessas etapas foi demonstrada antes, "Li disse, "mas não nesta combinação."

Ele se lembra do momento exato no laboratório, por volta das 2 da manhã, quando os testes indicaram que o níquelato dopado pode ser supercondutor. Li ficou tão animado que ficou acordado a noite toda, e pela manhã cooptou a reunião regular de seu grupo de pesquisa para mostrar a eles o que havia encontrado. Breve, muitos dos membros do grupo juntaram-se a ele em um esforço ininterrupto para melhorar e estudar este material.

Testes adicionais revelariam que o níquelato estava realmente supercondutor em uma faixa de temperatura de 9-15 Kelvin - incrivelmente frio, mas um primeiro começo, com possibilidades de temperaturas mais altas à frente.

Mais trabalho pela frente

A pesquisa sobre o novo material está em um "muito, estágio muito inicial, e há muito trabalho pela frente, "advertiu Harold Hwang, um investigador SIMES, professor do SLAC e Stanford e autor sênior do relatório. "Acabamos de ver os primeiros experimentos básicos, e agora precisamos fazer toda a bateria de investigações que ainda estão em andamento com cuprates. "

Entre outras coisas, ele disse, os cientistas vão querer dopar o material de níquelato de várias maneiras para ver como isso afeta sua supercondutividade em uma faixa de temperaturas, e determinar se outros níquelatos podem se tornar supercondutores. Outros estudos explorarão a estrutura magnética do material e sua relação com a supercondutividade.