Uma descoberta surpreendente na TU Wien poderia ajudar a resolver o enigma da supercondutividade de alta temperatura:um famoso "metal estranho" acabou por ser um supercondutor.

Em baixas temperaturas, certos materiais perdem sua resistência elétrica e conduzem eletricidade sem qualquer perda - este fenômeno de supercondutividade é conhecido desde 1911, mas ainda não é totalmente compreendido. E isso é uma pena, porque encontrar um material que ainda teria propriedades supercondutoras mesmo em altas temperaturas provavelmente desencadearia uma revolução tecnológica.

Uma descoberta feita na TU Wien (Viena) pode ser um passo importante nessa direção:uma equipe de físicos do estado sólido estudou um material incomum - um chamado "metal estranho" feito de itérbio, ródio e silício. Metais estranhos mostram uma relação incomum entre resistência elétrica e temperatura. No caso deste material, esta correlação pode ser vista em uma faixa de temperatura particularmente ampla, e o mecanismo subjacente é conhecido. Ao contrário das suposições anteriores, agora descobrimos que esse material também é um supercondutor e que a supercondutividade está intimamente relacionada ao comportamento estranho do metal. Essa pode ser a chave para entender a supercondutividade de alta temperatura em outras classes de materiais.

Metal estranho:relação linear entre resistência e temperatura

Em metais comuns, a resistência elétrica em baixas temperaturas aumenta com o quadrado da temperatura. Em alguns supercondutores de alta temperatura, Contudo, a situação é completamente diferente:em baixas temperaturas, abaixo da chamada temperatura de transição supercondutora, eles não mostram nenhuma resistência elétrica, e acima dessa temperatura, a resistência aumenta linearmente em vez de quadraticamente com a temperatura. Isso é o que define "metais estranhos".

“Portanto, já se suspeitou nos últimos anos que essa relação linear entre resistência e temperatura é de grande importância para a supercondutividade, "diz o Prof. Silke Bühler-Paschen, Chefe da área de pesquisa "Materiais Quânticos" do Instituto de Física do Estado Sólido da TU Wien. "Mas infelizmente, até agora não sabíamos de um material adequado para estudar isso em grande profundidade. "No caso de supercondutores de alta temperatura, a relação linear entre temperatura e resistência geralmente só é detectável em uma faixa de temperatura relativamente pequena, e, além disso, vários efeitos que inevitavelmente ocorrem em temperaturas mais altas podem influenciar essa relação de maneiras complicadas.

Muitos experimentos já foram realizados com um material exótico (YbRh2Si2) que exibe comportamento estranho de metal em uma faixa de temperatura extremamente ampla, mas, surpreendentemente, nenhuma supercondutividade parecia emergir desse estado extremo de "metal estranho". "Considerações teóricas já foram apresentadas para justificar porque a supercondutividade simplesmente não é possível aqui, "diz Silke Bühler-Paschen." No entanto, decidimos dar uma outra olhada neste material. "

Temperaturas recordes

Na TU Wien, um laboratório de baixa temperatura particularmente poderoso está disponível. "Lá podemos estudar materiais em condições mais extremas do que outros grupos de pesquisa foram capazes de fazer até agora, "explica Silke Bühler-Paschen. Primeiro, a equipe foi capaz de mostrar que em YbRh2Si2 a relação linear entre resistência e temperatura existe em uma faixa de temperatura ainda maior do que se pensava anteriormente - e então eles fizeram a descoberta chave:em temperaturas extremamente baixas de apenas um milikelvin, o estranho metal se transforma em um supercondutor.

"Isso torna nosso material ideal para descobrir de que forma o comportamento estranho do metal leva à supercondutividade, "diz Silke Bühler-Paschen.

Paradoxalmente, o próprio fato de que o material só se torna supercondutor em temperaturas muito baixas garante que ele pode ser usado para estudar a supercondutividade de alta temperatura particularmente bem:"Os mecanismos que levam à supercondutividade são visíveis particularmente bem nessas temperaturas extremamente baixas porque eles não são sobrepostos por outros efeitos neste regime. Em nosso material, esta é a localização de alguns dos elétrons de condução em um ponto crítico quântico. Há indícios de que um mecanismo semelhante também pode ser responsável pelo comportamento de supercondutores de alta temperatura, como os famosos cupratos, "diz Silke Bühler-Paschen.