Físicos da Universidade de Bath, no Reino Unido, em colaboração com pesquisadores dos EUA, descobriram um novo mecanismo para permitir que o magnetismo e a supercondutividade coexistam no mesmo material. Até agora, os cientistas só podiam imaginar como essa coexistência incomum poderia ser possível. A descoberta pode levar a aplicações em tecnologias de energia verde e no desenvolvimento de dispositivos supercondutores, como hardware de computador de última geração.

Como uma regra, supercondutividade (a capacidade de um material de passar uma corrente elétrica com eficiência perfeita) e magnetismo (visto em funcionamento em ímãs de geladeira) são companheiros de cama ruins porque o alinhamento das minúsculas partículas magnéticas eletrônicas em ferromagnetos geralmente leva à destruição dos pares de elétrons responsáveis para supercondutividade. Apesar disso, os pesquisadores de Bath descobriram que o supercondutor à base de ferro RbEuFe4As4, que é supercondutor abaixo de -236 ° C, exibe supercondutividade e magnetismo abaixo de -258 ° C.

O estudante de pós-graduação em física David Collomb, quem liderou a pesquisa, explicou:"Há um estado em alguns materiais onde, se você deixá-los realmente frios - significativamente mais frios do que na Antártica - eles se tornam supercondutores. Mas para que essa supercondutividade seja levada para aplicações de próximo nível, o material precisa mostrar coexistência com propriedades magnéticas. Isso nos permitiria desenvolver dispositivos que operam em um princípio magnético, como memória magnética e computação usando materiais magnéticos, para também aproveitar os benefícios da supercondutividade.

"O problema é que a supercondutividade geralmente é perdida quando o magnetismo é ativado. Por muitas décadas, cientistas tentaram explorar uma série de materiais que possuem ambas as propriedades em um único material, e os cientistas do material tiveram recentemente algum sucesso na fabricação de um punhado desses materiais. Contudo, contanto que não entendamos porque a coexistência é possível, a busca por esses materiais não pode ser feita com um pente tão fino.

“Essa nova pesquisa nos dá um material que possui uma ampla faixa de temperatura onde esses fenômenos coexistem, e isso nos permitirá estudar a interação entre magnetismo e supercondutividade mais de perto e em grande detalhe. Esperançosamente, isso resultará em sermos capazes de identificar o mecanismo pelo qual essa coexistência pode ocorrer. "

Em um estudo publicado em Cartas de revisão física , a equipe investigou o comportamento incomum de RbEuFe4As4 criando mapas de campo magnético de um material supercondutor conforme a temperatura baixava. Para sua surpresa, eles encontraram os vórtices (os pontos no material supercondutor onde o campo magnético penetra) mostraram um alargamento pronunciado perto da temperatura de -258 ° C, indicando uma forte supressão de supercondutividade quando o magnetismo é ligado.

Essas observações concordam com um modelo teórico recentemente proposto pelo Dr. Alexei Koshelev do Laboratório Nacional de Argonne, nos EUA. Esta teoria descreve a supressão da supercondutividade por flutuações magnéticas devido aos átomos de Európio (Eu) nos cristais. Aqui, a direção magnética de cada átomo de Eu começa a flutuar e se alinhar com os outros, à medida que o material cai abaixo de uma determinada temperatura. Isso faz com que o material se torne magnético. Os pesquisadores de Bath concluem que, embora a supercondutividade seja consideravelmente enfraquecida pelo efeito magnético, não está totalmente destruído.

"Isso sugere que em nosso material, o magnetismo e a supercondutividade são mantidos separados um do outro em suas próprias sub-redes, que interagem minimamente, "disse o Sr. Collomb.

"Este trabalho avança significativamente a nossa compreensão desses raros fenômenos coexistentes e pode levar a possíveis aplicações em dispositivos supercondutores do futuro. Ele vai gerar uma busca mais profunda em materiais que exibem supercondutividade e magnetismo. Esperamos que também incentive os pesquisadores em mais campos aplicados para pegar alguns desses materiais e fazer os dispositivos de computação de próxima geração com eles.

"Esperançosamente, a comunidade científica entrará gradualmente em uma era em que passamos da pesquisa do céu azul para a fabricação de dispositivos com esses materiais. Em uma década ou mais, poderíamos estar vendo protótipos de dispositivos usando essa tecnologia que fazem um trabalho real. "

Os colaboradores americanos para este projeto foram o Laboratório Nacional de Argonne, Hofstra University e Northwestern University.