Cientistas do Instituto de Tecnologia de Tóquio (Tokyo Tech) elucidam a causa subjacente às diferentes temperaturas de transição críticas relatadas para supercondutores ultrafinos de seleneto de ferro (FeSe). Seus resultados esclarecem por que a interface entre a primeira camada de FeSe e seu substrato desempenha um papel essencial na supercondutividade, dando novos insights sobre um quebra-cabeça de longa data neste campo.

Supercondutores são materiais que, abaixo de uma certa temperatura, têm propriedades eletromagnéticas fascinantes. Eles exibem resistência zero, o que significa que conduzem eletricidade sem perder energia na forma de calor, e também pode repelir completamente campos magnéticos externos. Por causa de tais feitos, supercondutores são muito atraentes para estudos fundamentais de física e aplicações eletrônicas.

Embora tenham se passado quatorze anos desde que supercondutores à base de ferro foram descobertos, os cientistas ainda estão perdidos em relação aos mecanismos subjacentes da supercondutividade nas camadas ultrafinas de seleneto de ferro (FeSe). Enquanto a temperatura de transição crítica (Tc) abaixo da qual o FeSe em massa se comporta como um supercondutor é de 8 K, valores significativamente diferentes foram relatados para monocamadas de cristais de FeSe crescidos uniformemente em um substrato de titanato de estrôncio (STO); esses valores variam de 40 K a até 109 K.

Em um estudo recente publicado em Cartas de revisão física , O Prof. Satoru Ichinokura e colegas da Tokyo Tech lançam alguma luz sobre este problema. Ichinokura descreve o problema em questão:"Embora vários estudos indiquem que a interface entre FeSe e STO, ou a área onde FeSe e STO entram em contato, desempenha um papel essencial no aprimoramento da Tc, há espaço para mais trabalhos para explicar com precisão a origem microscópica desse comportamento. "Além disso, há também um debate em andamento sobre a profundidade em que ocorre a supercondutividade em relação à espessura do filme de FeSe.

Para resolver essas questões, os pesquisadores prepararam amostras empilhando FeSe em espessuras que variam de uma a cinco camadas de células unitárias em um substrato STO isolante. Por meio de medições de sonda de quatro pontos no vácuo, eles deduziram a resistividade (o inverso da condutividade) das amostras em várias temperaturas e diferentes profundidades. Primeiro, eles encontraram evidências definitivas de que suas medições elétricas correspondem à condução ao longo dos filmes FeSe, sem influência do substrato STO subjacente. Mais importante, eles observaram consistentemente uma queda acentuada de resistividade a 40 K (indicando o início da supercondutividade; consulte a Figura), independentemente da espessura da camada de FeSe. Ichinokura comenta:"Esses resultados sugerem inequivocamente que a supercondutividade de alta temperatura está essencialmente localizada na interface entre FeSe e STO ou na monocamada inferior de FeSe sem se espalhar para as superiores."

Agora, por que outros estudos relataram diferentes valores de Tc? Depois de revisar cuidadosamente os trabalhos anteriores, Ichinokura e seus colegas concluem que as diferenças no número de dopantes no substrato STO ou vacâncias de oxigênio nas camadas de subsuperfície STO são responsáveis ​​pela variabilidade nos valores de Tc. Em alguns estudos anteriores, é provável que o procedimento de fabricação empregado tenha induzido vazios de oxigênio na superfície da camada STO, de outra forma uniforme. Em outros, STO dopado com impurezas de nióbio foi usado. Essas diferenças no substrato permitem que mais portadores de carga (elétrons) atinjam a interface STO / FeSe, o que resulta em supercondutividade sustentada, mesmo em temperaturas mais altas (em outras palavras, Tc aumentado).

Empolgado com esses resultados, Ichinokura conclui:"Nossos resultados indicam fortemente a natureza interfacial da supercondutividade bidimensional observada em FeSe / STO e reconfirmam a importância do acúmulo de carga do substrato para a interface. Fomos capazes de obter novos insights sobre o quebra-cabeça de longa data de encontrar Tc baixo de cerca de 40 K ao usar substratos STO isolantes em vez de condutores. " Este estudo nos coloca um passo mais perto de elucidar os mistérios relativos à supercondutividade aprimorada.