Uma nova teoria que pudesse explicar como a supercondutividade não convencional surge em um conjunto diversificado de compostos poderia nunca ter acontecido se os físicos Qimiao Si e Emilian Nica tivessem escolhido um nome diferente para seu modelo de 2017 de supercondutividade orbital seletiva.

Em um estudo publicado este mês em npj Quantum Materials , Si, da Rice University, e Nica, da Arizona State University, argumentam que a supercondutividade não convencional em alguns materiais à base de ferro e de férmions pesados ​​surge de um fenômeno geral denominado "emparelhamento multiorbital singlete".

Em supercondutores, os elétrons formam pares e fluem sem resistência. Os físicos não podem explicar totalmente como os pares se formam em supercondutores não convencionais, onde as forças quânticas dão origem a um comportamento estranho. Férmions pesados, outro material quântico, apresentam elétrons que parecem ser milhares de vezes mais massivos do que os elétrons comuns.

Si e Nica propuseram a ideia de emparelhamento seletivo dentro dos orbitais atômicos em 2017 para explicar a supercondutividade não convencional em selenetos de ferro alcalino. O ano seguinte, eles aplicaram o modelo seletivo orbital ao material de férmions pesados ​​no qual a supercondutividade não convencional foi demonstrada pela primeira vez em 1979.

Eles consideraram nomear o modelo após uma expressão matemática relacionada que ficou famosa pelo pioneiro quântico Wolfgang Pauli, mas optou por chamá-lo de d + d. O nome se refere a funções de onda matemáticas que descrevem estados quânticos.

"É como se você tivesse um par de elétrons que dançam um com o outro, "disse Si, Harry C. e Olga K. Wiess, Professor de Física e Astronomia, de Rice. "Você pode caracterizar essa dança por onda, canais de onda p e onda d, ed + d refere-se a dois tipos diferentes de ondas d que se fundem em uma. "

No ano após a publicação do modelo d + d, Si deu muitas palestras sobre o trabalho e descobriu que os membros do público frequentemente tinham o nome confundido com "d + id, "o nome de outro estado de emparelhamento que os físicos têm discutido por mais de um quarto de século.

"As pessoas se aproximavam de mim após uma palestra e diziam:'Sua teoria de d + id é realmente interessante, 'e eles quiseram dizer isso como um elogio, mas acontecia com tanta frequência que ficava irritante, "disse Si, que também dirige o Centro de arroz para materiais quânticos (RCQM).

Em meados de 2019, Si e Nica se encontraram durante o almoço durante uma visita ao Laboratório Nacional de Los Alamos, e começou a compartilhar histórias sobre a confusão d + d versus d + id.

"Isso levou a uma discussão sobre se d + d pode estar conectado com d + id de uma forma significativa, e percebemos que não era uma piada, "Nica disse.

A conexão envolveu os estados de emparelhamento d + d e aqueles que ficaram famosos pela descoberta da superfluidez de hélio-3, ganhadora do Prêmio Nobel.

"Existem dois tipos de estados de emparelhamento de superfluido de hélio-3 líquido, uma chamada fase B e a outra fase A, "Nica disse." Empiricamente, a fase B é semelhante ao nosso d + d, enquanto a fase A é quase como um d + id. "

A analogia ficou mais intrigante quando discutiram matemática. Os físicos usam cálculos de matriz para descrever os estados de emparelhamento quântico no hélio-3, e esse também é o caso do modelo d + d.

"Você tem uma série de maneiras diferentes de organizar essa matriz, e percebemos que nossa matriz d + d para o espaço orbital era como uma forma diferente da matriz d + id que descreve o emparelhamento de hélio-3 no espaço de spin, "Nica disse.

Si disse que as associações com os estados de emparelhamento de hélio-3 superfluido ajudaram ele e Nica a avançar uma descrição mais completa dos estados de emparelhamento em supercondutores à base de ferro e de férmions pesados.

"Conforme Emil e eu conversamos mais, percebemos que a tabela periódica para o emparelhamento supercondutor estava incompleta, "Si disse, referindo-se ao gráfico que os físicos usam para organizar estados de emparelhamento supercondutores.

"Usamos simetrias - como arranjos de rede ou spin, ou se o tempo de avanço ou retrocesso é equivalente, que é simetria de reversão de tempo - para organizar possíveis estados de emparelhamento, "disse ele." Nossa revelação foi que d + id pode ser encontrado na lista existente. Você pode usar a tabela periódica para construí-lo. Mas d + d, você não pode. Está além da tabela periódica, porque a tabela não inclui orbitais. "

Si disse que os orbitais são importantes para descrever o comportamento de materiais como supercondutores à base de ferro e férmions pesados, onde "correlações elétron-elétron muito fortes desempenham um papel crucial."

"Com base no nosso trabalho, a tabela precisa ser expandida para incluir índices orbitais, "Si disse.