Verão passado, uma nova era para a supercondutividade de alta temperatura foi proclamada - a era do níquel. Foi descoberto que existem supercondutores promissores em uma classe especial de materiais, os chamados níquelados, que pode conduzir corrente elétrica sem qualquer resistência, mesmo em altas temperaturas.

Contudo, logo ficou claro que esses resultados inicialmente espetaculares de Stanford não poderiam ser reproduzidos por outros grupos de pesquisa. TU Wien (Viena) descobriu agora a razão para isso:em alguns níquelatos, átomos de hidrogênio adicionais são incorporados à estrutura do material. Isso muda completamente o comportamento elétrico do material. Na produção dos novos supercondutores, este efeito deve agora ser levado em consideração.

A busca por supercondutores de alta temperatura

Alguns materiais são supercondutores próximos à temperatura absoluta zero - tais supercondutores não são adequados para aplicações técnicas. Portanto, por décadas, as pessoas têm procurado materiais que permaneçam supercondutores mesmo em temperaturas mais altas. Nos anos 1980, "supercondutores de alta temperatura" foram descobertos. O que é conhecido como "altas temperaturas" neste contexto, Contudo, ainda está muito frio:mesmo supercondutores de alta temperatura devem ser resfriados fortemente para obter suas propriedades supercondutoras. Portanto, a busca por novos supercondutores em temperaturas ainda mais altas continua.

"Por muito tempo, atenção especial foi dada aos chamados cuprates, isto é, compostos contendo cobre. É por isso que também falamos da idade do cobre ", explica o Prof. Karsten Held do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien. "Com estes cuprates, algum progresso importante foi feito, embora ainda haja muitas questões em aberto na teoria da supercondutividade de alta temperatura hoje ".

Mas já há algum tempo, outras possibilidades também estão sendo consideradas. Já havia uma chamada "idade do ferro" baseada em supercondutores que contêm ferro. No verão de 2019, o grupo de pesquisa do grupo de pesquisa de Harold Y. Hwang de Stanford conseguiu então demonstrar a supercondutividade de alta temperatura em níquelatos. "Com base em nossos cálculos, já propusemos níquelados como supercondutores há 10 anos, mas eram um tanto diferentes dos que agora foram descobertos. Eles estão relacionados aos cuprates, mas contêm átomos de níquel em vez de átomos de cobre, "diz Karsten Held.

O problema do hidrogênio

Depois de algum entusiasmo inicial, Contudo, tornou-se evidente nos últimos meses que os supercondutores de níquel são mais difíceis de produzir do que se pensava inicialmente. Outros grupos de pesquisa relataram que seus níquelados não têm propriedades supercondutoras. Esta aparente contradição foi agora esclarecida na TU Wien.

“Analisamos os níquelados com a ajuda de supercomputadores e descobrimos que eles são extremamente receptivos ao hidrogênio no material, "relata Liang Si (TU Viena). Na síntese de certos níquelatos, átomos de hidrogênio podem ser incorporados, que muda completamente as propriedades eletrônicas do material. "Contudo, isso não acontece com todos os níquelados, "diz Liang Si, "Nossos cálculos mostram que, para a maioria deles, é energeticamente mais favorável incorporar hidrogênio, mas não para os níquelados de Stanford. Mesmo pequenas mudanças nas condições de síntese podem fazer a diferença. "Na sexta-feira passada, o grupo em torno de Ariando Ariando, da NUS Cingapura, pôde informar que também conseguiu produzir níquelatos supercondutores. Eles deixaram o hidrogênio liberado no processo de produção escapar imediatamente.

Calculando a temperatura crítica com supercomputadores

Na TU Wien, novos métodos de cálculo por computador estão sendo desenvolvidos e usados ​​para entender e prever as propriedades dos níquelatos. "Uma vez que um grande número de partículas físicas quânticas sempre desempenham um papel aqui ao mesmo tempo, os cálculos são extremamente complexos, "diz Liang Si, "Mas, combinando métodos diferentes, agora podemos até estimar a temperatura crítica até a qual os vários materiais são supercondutores. Esses cálculos confiáveis ​​não foram possíveis antes. "Em particular, a equipe da TU Wien foi capaz de calcular a faixa permitida de concentração de estrôncio para a qual os níquelatos são supercondutores - e essa previsão agora foi confirmada no experimento.

"A supercondutividade de alta temperatura é um campo de pesquisa extremamente complexo e difícil, "diz Karsten Held." Os novos supercondutores de níquel, junto com nossa compreensão teórica e o poder preditivo dos cálculos do computador, abre uma perspectiva totalmente nova sobre o grande sonho da física do estado sólido:um supercondutor à temperatura ambiente que, portanto, funciona sem qualquer resfriamento. "