Um estudo SLAC / Stanford descobriu que uma família recentemente descoberta de supercondutores de níquel difere de maneiras surpreendentes de uma família relacionada, os cuprates. Ambos vêm em planos de óxido 2D (vermelho, verde, e esferas cinza representando cobre, íons de níquel e oxigênio, respectivamente) separados por camadas de um material de terra rara (esferas de ouro). Cupratos são inerentemente isolantes, e mesmo quando eles são dopados para adicionar elétrons de fluxo livre (esferas azuis), como mostrado aqui, seus elétrons raramente saem para interagir com outras camadas de material. Mas esses níquelatos são inerentemente metais. Mesmo no estado não dopado descrito aqui, seus elétrons se misturam com os elétrons das camadas de terras raras de uma forma que cria um estado metálico 3D. Crédito:Greg Stewart / SLAC National Accelerator Laboratory
A descoberta no ano passado do primeiro material de óxido de níquel que mostra sinais claros de supercondutividade deu início a uma corrida de cientistas de todo o mundo para saber mais. A estrutura cristalina do material é semelhante aos óxidos de cobre, ou cuprates, que detém o recorde mundial de condução de eletricidade sem perdas em temperaturas relativamente altas e pressões normais. Mas seus elétrons se comportam da mesma maneira?
As respostas podem ajudar a avançar na síntese de novos supercondutores não convencionais e seu uso para transmissão de energia, transporte e outras aplicações, e também esclareceu como funcionam os cuprates - o que ainda é um mistério após mais de 30 anos de pesquisa.
Em um artigo publicado hoje em Materiais da Natureza , uma equipe liderada por cientistas do Laboratório Nacional do Acelerador SLAC do Departamento de Energia e da Universidade de Stanford relatou a primeira investigação detalhada da estrutura eletrônica de óxidos de níquel supercondutores, ou niquelados. Os cientistas usaram duas técnicas, espalhamento inelástico ressonante de raios-X (RIXS) e espectroscopia de absorção de raios-X (XAS), para obter a primeira imagem completa da estrutura eletrônica dos níquelados - basicamente o arranjo e o comportamento de seus elétrons, que determinam as propriedades de um material.
Tanto os cupratos quanto os níquelados vêm em finos, folhas bidimensionais que são cobertas por outros elementos, como íons de terras raras. Essas folhas finas se tornam supercondutoras quando são resfriadas abaixo de uma determinada temperatura e a densidade de seus elétrons de fluxo livre é ajustada em um processo conhecido como "doping".
Cupratos são isolantes em seus estados pré-dopados de "solo", o que significa que seus elétrons não são móveis. Após a dopagem, os elétrons podem se mover livremente, mas eles estão principalmente confinados às camadas de cuprato, raramente viajando através das camadas intermediárias de terras raras para alcançar seus vizinhos cuprate.
Mas nos niquelados, a equipe descobriu, Este não é o caso. O composto não dopado é um metal com elétrons fluindo livremente. Além disso, as camadas intermediárias realmente contribuem com elétrons para as folhas de níquel, criando um estado metálico tridimensional que é bastante diferente do que é visto nos cuprates.
Este é um tipo inteiramente novo de estado fundamental para óxidos de metais de transição, como cupratos e níquelatos, disseram os pesquisadores. Ele abre novas direções para experimentos e estudos teóricos de como a supercondutividade surge e como ela pode ser otimizada neste sistema e possivelmente em outros compostos.
