(Topo) A Figura mostra a transformação da estrutura de perovskita Nd1-xSrxNiO3 para a estrutura de camada infinita Nd1-xSrxNiO2 usando hidreto de cálcio (CaH2). (Abaixo) A Figura mostra a imagem de microscopia eletrônica de transmissão de varredura de campo escuro anular de alto ângulo (HAADF-STEM) e o diagrama de fase de filmes Nd1-xSrxNiO2 de camada infinita em substrato de SrTiO3 cristalino único. O Tc90% R e o Tc10% R são definidos como sendo a temperatura na qual a resistividade cai para 90% e 10% do valor a 15 K (o início da supercondutividade), respectivamente. A inserção no canto superior esquerdo do gráfico é a visão ampliada da região da cúpula supercondutora. TH mostra a temperatura na qual a maioria dos portadores de carga muda de elétrons para buracos. Crédito:Cartas de Revisão Física
Os físicos do NUS desenvolveram um método para induzir a transição de um níquelato de terras raras de sua forma nativa de perovskita para estruturas de camadas infinitas. Isso permitiu que construíssem um diagrama de fase completo desse supercondutor de níquel.
Um supercondutor é um sistema material que pode conduzir corrente elétrica com resistência zero quando fica mais frio do que uma "temperatura crítica, "conhecida como temperatura de transição supercondutora T c . Supercondutores convencionais geralmente têm um T c inferior ao limite de cerca de 30 K (268 graus abaixo da temperatura ambiente) previsto com base na teoria Bardeen – Cooper – Schrieffer (BCS). Isso limita o uso de dispositivos supercondutores em nossas vidas diárias. Por décadas, pesquisadores têm tentado empurrar este T c superior sintetizando novos materiais. Também é importante compreender o mecanismo físico. A chamada supercondutividade de alta temperatura em compostos contendo camadas de óxido de cobre (conhecidas como cupratos), com T c acima do limite BCS e, posteriormente, acima do ponto de ebulição do nitrogênio líquido (77 K), foi descoberto no final dos anos 80. Desde então o T c estagnou e, embora resultados de pesquisas importantes tenham sido obtidos, a origem e o mecanismo da alta T c a supercondutividade ainda é um mistério. Uma nova família supercondutora com estrutura cristalina e eletrônica semelhante ao cuprato é um dos caminhos na busca por T potencialmente mais alto. c materiais e compreender o mecanismo subjacente de alta T c supercondutividade.
Recentemente, pesquisadores descobriram a presença de supercondutividade em compostos de níquelato de terras raras, um análogo do cuprate. O estudo deste análogo de cuprato pode levar a uma melhor compreensão da supercondutividade de alta temperatura, e a possibilidade de prever, projetar e sintetizar T superior c supercondutores. Contudo, tornou-se aparente que supercondutores de níquel são mais difíceis de produzir do que se pensava inicialmente. Nove meses após esta descoberta, uma equipe de pesquisa liderada pelo Prof ARIANDO do Departamento de Física, NUS, tornou-se o primeiro grupo a reproduzir este resultado. Mais importante, eles desenvolveram com sucesso o diagrama de fases do supercondutor de níquel.
Para alcançar isto, O grupo do Prof ARIANDO desenvolveu uma técnica de redução topotática para transformar filmes finos de níquelato de terras raras (NdNiO 2 ) de sua forma cristalina perovskita usual para uma nova forma estrutural dopada, conhecidas como estruturas de camadas infinitas. Neste material, a supercondutividade surge quando o composto de níquelato é dopado com impurezas de estrôncio (Sr) e existe em sua forma estrutural de camada infinita. A técnica permitiu à equipe de pesquisa estudar a supercondutividade em função do doping. Eles construíram o diagrama de fases para este sistema de material, e encontrou a presença de uma região de cúpula supercondutora (dependente de dopagem T c ) e regime de isolamento fraco ao lado da cúpula (ver figura).
Em seus experimentos, os pesquisadores usaram uma técnica de deposição de laser pulsado para sintetizar Nd de níquelato dopado com Sr 1-x Sr x NiO 3 filmes finos em titanato de estrôncio (SrTiO 3 ) substratos. O filme fino conforme crescido, junto com um reagente, hidreto de cálcio (CaH 2 ), foi colocado em uma câmara de vácuo para induzir uma reação de redução. Durante o processo de redução, o átomo de oxigênio apical no NiO 6 octaedra é removido. Isso faz com que o perovskite Nd 1-x Sr x NiO 3 para se transformar na camada infinita Nd 1-x Sr x NiO 2 . Os pesquisadores aplicaram diferentes níveis de concentrações de doping de Sr e descobriram que a supercondutividade aparece na camada infinita de Nd 1-x Sr x NiO 2 quando a composição de Sr está entre x =0,135 e 0,235. Isso forma uma região supercondutora em forma de cúpula. Mais interessante, eles descobriram que além da região supercondutora, comportamento fracamente isolante pode ser observado em baixas temperaturas. Este comportamento único é diferente de outros high-T c sistemas de materiais como cupratos.
O professor Ariando disse, "Ao introduzir impurezas adequadas ao composto isolante parental, o sistema de material de níquel pode exibir alta T c supercondutividade. Nossas descobertas podem fornecer informações adicionais para melhor compreender as propriedades dependentes de dopagem nesses sistemas de materiais e para pesquisar outros materiais supercondutores na 'família do níquel'. "
