Uma imagem capturada por laser-PEEM mostrando o arranjo de elétrons em uma amostra de material IBSC. Nesta técnica, as imagens são feitas de luz laser iluminando a amostra em duas direções diferentes. O dicroísmo linear (DL) se refere à diferença entre as imagens feitas a partir dessas duas direções de iluminação; permite que você veja detalhes que não veria de outra forma, como neste caso a distribuição de elétrons. Crédito:Shin et al.
Ao estudar o comportamento dos elétrons em materiais supercondutores à base de ferro, pesquisadores da Universidade de Tóquio observaram um sinal estranho relacionado à forma como os elétrons estão dispostos. O sinal implica um novo arranjo de elétrons que os pesquisadores chamam de onda de nematicidade, e eles esperam colaborar com físicos teóricos para melhor compreendê-lo. A onda de nematicidade pode ajudar os pesquisadores a entender a maneira como os elétrons interagem entre si em supercondutores.
Um sonho de longa data dos físicos do estado sólido é entender completamente o fenômeno da supercondutividade - essencialmente condução eletrônica sem a resistência que cria calor e drena energia. Ele inauguraria um novo mundo de dispositivos incrivelmente eficientes ou poderosos e já está sendo usado no trem-bala experimental japonês de levitação magnética. Mas há muito a explorar neste tópico complexo, e muitas vezes surpreende os pesquisadores com resultados e observações inesperadas.
O professor Shik Shin do Instituto de Física do Estado Sólido da Universidade de Tóquio e sua equipe estudam a forma como os elétrons se comportam em materiais supercondutores à base de ferro, ou IBSCs. Esses materiais são muito promissores, pois podem funcionar em temperaturas mais altas do que alguns outros materiais supercondutores, o que é uma preocupação importante. Eles também usam componentes de materiais menos exóticos, por isso podem ser mais fáceis e baratos de trabalhar. Para ativar a capacidade supercondutora de uma amostra, o material precisa ser resfriado a várias centenas de graus abaixo de zero. E coisas interessantes acontecem durante esse processo de resfriamento.
Um diagrama da configuração experimental iniciada pela equipe. Crédito:Shin et al.
"À medida que os IBSCs esfriam a um certo nível, eles expressam um estado que chamamos de nematicidade eletrônica, "disse Shin." É aqui que a estrutura cristalina do material e os elétrons dentro dela parecem estar dispostos de forma diferente, dependendo do ângulo que você olha para eles, também conhecido como anisotropia. Esperamos que a forma como os elétrons são organizados seja fortemente acoplada à forma como a rede cristalina circundante está organizada. Mas nossa observação recente mostra algo muito diferente e, na verdade, bastante surpreendente. "
Shin e sua equipe usaram uma técnica especial desenvolvida por seu grupo chamada laser-PEEM (microscopia eletrônica de fotoemissão) para visualizar sua amostra de IBSC na escala microscópica. Eles esperavam ver um padrão familiar que se repetia a cada poucos nanômetros (bilionésimos de metro). E com certeza a rede de cristal mostrou esse padrão. Mas para sua surpresa, a equipe descobriu que o padrão dos elétrons se repetia a cada poucas centenas de nanômetros.
Esta disparidade entre a onda de nematicidade eletrônica e a estrutura cristalina do IBSC foi inesperada, portanto, suas implicações ainda estão sob investigação. Mas o resultado pode abrir a porta para explorações teóricas e experimentais em algo fundamental para o fenômeno da supercondutividade, e é assim que os elétrons formam pares em baixas temperaturas. O conhecimento desse processo pode ser crucial para o desenvolvimento da supercondutividade de alta temperatura. Então, se as ondas de nematicidade estão relacionadas, é importante saber como.
"Próximo, Espero que possamos trabalhar com físicos teóricos para aprofundar nossa compreensão das ondas de nematicidade, "disse Shin." Também desejamos usar laser-PEEM para estudar outros materiais relacionados, como óxidos de metal como o óxido de cobre. Nem sempre é óbvio onde estão os aplicativos, mas trabalhar em problemas de física fundamental realmente me fascina. "
O estudo está publicado na revista Ciência .
