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Os pesquisadores descobriram uma paisagem complexa de estados eletrônicos que podem coexistir em uma rede kagome, semelhantes aos dos supercondutores de alta temperatura, uma equipe de físicos do Boston College relata em uma publicação eletrônica antecipada do jornal Natureza .
O foco do estudo foi um único cristal em massa de um metal kagome topológico, conhecido como CsV 3 Sb 5 - um metal que se torna supercondutor abaixo de 2,5 graus Kelvin, ou 455 graus Fahrenheit negativos. O material exótico é construído a partir de planos atômicos compostos de átomos de vanádio dispostos em uma chamada rede kagome - descrita como um padrão de triângulos e hexágonos entrelaçados - empilhados uns sobre os outros, com camadas espaçadoras de césio e antimônio entre os planos kagome.
O material oferece uma janela de como as propriedades físicas dos sólidos quânticos, como a transmissão de luz, condução elétrica, ou resposta a um campo magnético - relaciona-se com a geometria subjacente da estrutura da rede atômica. Como sua geometria causa interferência destrutiva e "frustra" o movimento cinético dos elétrons em movimento, Os materiais da rede kagome são apreciados por oferecer um terreno único e fértil para o estudo de estados eletrônicos quânticos descritos como frustrados, correlacionados e topológicos.
A maioria dos esforços experimentais até agora se concentraram em ímãs kagome. O material que a equipe examinou não é magnético, que abre a porta para investigar como os elétrons em sistemas kagome se comportam na ausência de magnetismo. A estrutura eletrônica desses cristais pode ser classificada como "topológica", enquanto a alta condutividade elétrica o torna um "metal".
“Este metal topológico torna-se supercondutor a baixa temperatura, que é uma ocorrência muito rara de supercondutividade em um material kagome, "disse o Professor Associado de Física do Boston College, Ilija Zeljkovic, um co-autor principal do relatório, intitulado "Cascata de estados de elétrons correlacionados em um supercondutor Kagome CsV 3 Sb 5 . "
Em um metal, elétrons no cristal formam um estado líquido. A condução elétrica acontece quando o líquido carregado flui sob uma tensão de polarização. A equipe usou espectroscopia de tunelamento de varredura para sondar os efeitos de interferência quântica do líquido de elétrons, disse Zeljkovic, que conduziu a pesquisa com colegas do Boston College, Professor de Física Ziqiang Wang, estudante de graduação Hong Li, e He Zhao, que obteve seu doutorado em Física na BC em 2020, bem como colegas da Universidade da Califórnia, Santa Barbara.
Os experimentos revelaram uma "cascata" de fases quebradas de simetria do líquido de elétrons impulsionadas pela correlação entre os elétrons no material, a equipe relatou.
Ocorrendo consecutivamente conforme a temperatura do material baixava, ondulações, ou ondas estacionárias, emergir primeiro no líquido do elétron, conhecidas como ondas de densidade de carga, com periodicidade diferente da rede atômica subjacente. Em uma temperatura mais baixa, um novo componente de onda estacionária nucleado apenas ao longo de uma direção dos eixos do cristal, de modo que a condução elétrica ao longo desta direção seja diferente do que em qualquer outra direção.
Essas fases se desenvolvem no estado normal - ou no estado metálico não supercondutor - e persistem abaixo da transição supercondutora, Disse Wang. Os experimentos demonstram que a supercondutividade em CsV 3 Sb 5 emerge de, e coexiste com, um estado eletrônico quântico correlacionado que quebra as simetrias espaciais do cristal.
As descobertas podem ter fortes implicações sobre como os elétrons formam pares "Cooper" e se transformam em um superfluido carregado a uma temperatura ainda mais baixa, ou um supercondutor capaz de condução elétrica sem resistência. Nesta família de supercondutores kagome, outra pesquisa já sugeriu a possibilidade de emparelhamento de elétrons não convencionais, disse Zeljkovic.
Pesquisadores da área notaram um fenômeno chamado quebra de simetria de reversão do tempo em CsV 3 Sb 5 . Esta regra de simetria - que sustenta que as ações seriam realizadas ao contrário se o tempo retrocedesse - é normalmente quebrada em materiais magnéticos, mas o metal kagome não mostra momentos magnéticos substanciais. Zeljkovic disse que os próximos passos desta pesquisa são entender essa aparente contradição e como os estados eletrônicos revelados neste trabalho recente estão relacionados à quebra de simetria da reversão do tempo.
O nível de significância e pesquisa sobre esses supercondutores de rede kagome recentemente descobertos é refletido em uma Natureza artigo publicado na mesma edição eletrônica antecipada. Também com co-autoria de Ziqiang Wang, da BC, o papel, intitulado "Onda de densidade de par de roton em um supercondutor kagome de forte acoplamento, "relata a observação de novas ondas estacionárias formadas por pares de Cooper com ainda outra periodicidade no mesmo supercondutor kagome, CsV 3 Sb 5 .
"A publicação desses dois relatórios lado a lado não apenas revela novas e amplas percepções sobre os supercondutores de rede kagome, mas também sinaliza o alto nível de interesse e entusiasmo em torno desses materiais e suas propriedades e fenômenos únicos, que pesquisadores do Boston College e de instituições em todo o mundo estão descobrindo com frequência crescente, "Disse Wang.
