Cientistas da Tokyo Metropolitan University criaram um novo material supercondutor em camadas com uma camada condutora feita de bismuto, prata, lata, enxofre e selênio. A camada condutora apresenta quatro subcamadas distintas; introduzindo mais elementos, eles foram capazes de alcançar personalização incomparável e uma "temperatura crítica" mais alta abaixo da qual a supercondutividade é observada, um objetivo chave da pesquisa de supercondutores. Sua estratégia de projeto pode ser aplicada para projetar materiais supercondutores novos e aprimorados.

Uma vez uma curiosidade acadêmica, supercondutores estão agora na vanguarda das verdadeiras inovações tecnológicas. Ímãs supercondutores são vistos em máquinas de ressonância magnética do dia a dia, aceleradores de partículas para tratamentos médicos, sem mencionar o novo trem maglev Chuo Shinkansen que conecta Tóquio a Nagoya, atualmente em construção. Recentemente, toda uma nova classe de estruturas supercondutoras "em camadas" foi estudada, consistindo em camadas alternadas de camadas cristalinas bidimensionais supercondutoras e isolantes. Em particular, a personalização do sistema atraiu um interesse particular à luz de seu potencial para criar dispositivos termoelétricos ultraeficientes e uma classe totalmente nova de materiais supercondutores de "alta temperatura".

Uma equipe liderada pelo professor associado Yoshikazu Mizuguchi da Universidade Metropolitana de Tóquio criou recentemente um supercondutor em camadas baseado em sulfeto de bismuto; seu trabalho já revelou novas propriedades termoelétricas e uma elevada "temperatura crítica" abaixo da qual a supercondutividade é observada. Agora, trabalhando com uma equipe da Universidade de Yamanashi, eles tomaram uma versão em várias camadas do sistema, onde a camada condutora consiste em quatro camadas atômicas, e começou a trocar pequenas proporções de diferentes espécies atômicas para sondar como o material muda.

Começando com uma camada condutora de bismuto, prata e enxofre, eles tentaram substituir parte da prata por estanho. Variando a quantidade de prata, eles foram capazes de aumentar a temperatura crítica de 0,5K para acima de 2,0K. Interessantemente, eles descobriram que isso foi acompanhado pelo desaparecimento de uma anomalia em sua resistividade em temperaturas significativamente mais altas. Embora a razão por trás disso ainda não seja compreendida, é claro que a adição de estanho modificou significativamente a estrutura eletrônica do material. Além disso, eles tomaram seu melhor bismuto, prata, combinação de enxofre e estanho e substituiu parte do enxofre por selênio, uma modificação conhecida por melhorar as propriedades supercondutoras em seu material de sulfeto de bismuto original. Eles não só aumentaram a temperatura crítica para 3,0 K, eles descobriram que a resposta a campos magnéticos mostrou assinaturas de supercondutividade "em massa", fornecendo uma prova clara de que eles poderiam de fato acessar as vantagens de dimensionalidade reduzida e materiais a granel.

Ao alterar a composição e o número de camadas, a equipe acredita que está prestes a alcançar a engenharia de baixo para cima de novos, materiais supercondutores à base de sulfeto de bismuto sob medida.