Figura 1:Os elétrons (lilás) interagem fortemente uns com os outros à medida que se movem através da camada de NiO2 de um material de níquel, que poderia atuar como um modelo para supercondutividade de alta temperatura (níquel =cinza, oxigênio =vermelho). (Imagem produzida por Mari Ishida do RIKEN Centre for Emergent Matter Science.). Crédito:RIKEN Center for Emergent Matter Science
A busca por supercondutores de alta temperatura pode ser auxiliada por cálculos dos físicos RIKEN que revelaram o comportamento dos elétrons em um material de óxido de níquel.
Supercondutores podem transportar uma corrente elétrica sem resistência, e são usados para fazer eletroímãs poderosos ou instrumentos sensíveis para medir campos magnéticos.
A supercondutividade convencional depende de uma forma de emparelhamento de elétrons que ocorre apenas em temperaturas extremamente baixas, portanto, os dispositivos supercondutores devem ser resfriados com gases liquefeitos caros. Mas cerca de 30 anos atrás, pesquisadores descobriram que alguns materiais cuprato podem se tornar supercondutores em temperaturas relativamente quentes, até -140 graus Celsius. A causa subjacente desta supercondutividade de alta temperatura ainda não é compreendida.
Em 2019, pesquisadores descobriram que um óxido de níquel neodímio dopado com estrôncio (Nd 0,8 Sr 0,2 NiO 2 ) poderia superconduzir abaixo de -258 graus Celsius. A descoberta atraiu atenção não por causa da temperatura, mas como este material de níquelato tem uma estrutura cristalina muito semelhante aos cupratos, e pode servir como um teste para entender melhor como a supercondutividade funciona nesses materiais.
O material de níquel é composto por camadas alternadas de Nd e NiO 2 . Yusuke Nomura, do RIKEN Center for Emergent Matter Science, e seus colegas estudaram agora como as interações entre certos elétrons nessas duas camadas podem influenciar a supercondutividade.
Os cálculos da equipe mostraram que os elétrons no NiO 2 camada interagem fortemente entre si, que é semelhante a cupratos onde a forte correlação no CuO 2 acredita-se que a camada desempenhe um papel fundamental em sua supercondutividade de alta temperatura. Contudo, há uma diferença entre os niquelados e os cupratos:nos niquelados, elétrons na camada de neodímio estão parcialmente ocupados e formam a bolsa de Fermi, uma região relativamente pequena na zona de Brillouin cercada pela superfície de Fermi. Esses bolsos não aparecem em cupratos, o que pode tornar o material de níquelato um análogo imperfeito para cupratos.
A equipe de Nomura usou modelos computacionais para estudar se os bolsões poderiam ser eliminados ajustando a composição química do material e, portanto, criar um níquelato que é uma combinação melhor para os cupratos. Eles descobriram que dois compostos poderiam se adequar ao projeto:óxido de sódio, neodímio e níquel (NaNd 2 NiO 4 ) e óxido de sódio, cálcio e níquel (NaCa 2 NiO 3 ) "Se os níquelatos propostos forem sintetizados, eles serão análogos de níquel reais de supercondutores de cuprato, "Notas de Nomura.
"A próxima etapa é esclarecer a diferença e semelhança entre os níquelatos e cupratos de uma forma mais sistemática, e obter uma visão mais profunda do mecanismo supercondutor em ambos os sistemas, " ele adiciona.
