Em uma descoberta surpreendente, uma equipe internacional de pesquisadores, liderado por cientistas do Centro de Materiais Quânticos da Universidade de Minnesota, descobriram que as deformações em materiais quânticos que causam imperfeições na estrutura do cristal podem realmente melhorar as propriedades supercondutoras e elétricas do material.

As descobertas inovadoras podem fornecer uma nova visão para o desenvolvimento da próxima geração de computadores quânticos e dispositivos eletrônicos.

A pesquisa acabou de aparecer em Materiais da Natureza .

"Os materiais quânticos têm propriedades magnéticas e elétricas incomuns que, se compreendido e controlado, poderia revolucionar virtualmente todos os aspectos da sociedade e permitir sistemas elétricos de alta eficiência energética e mais rápido, dispositivos eletrônicos mais precisos, "disse o co-autor do estudo Martin Greven, um distinto professor McKnight na Escola de Física e Astronomia da Universidade de Minnesota e o Diretor do Centro de Materiais Quânticos. "A capacidade de ajustar e modificar as propriedades dos materiais quânticos é fundamental para os avanços tanto na pesquisa fundamental quanto na tecnologia moderna."

A deformação elástica de materiais ocorre quando o material é submetido a tensões, mas retorna à sua forma original assim que a tensão é removida. Em contraste, deformação plástica é a mudança não reversível da forma de um material em resposta a uma tensão aplicada - ou, mais simplesmente, o ato de apertar ou esticar até que perca a forma. A deformação plástica tem sido usada por ferreiros e engenheiros há milhares de anos. Um exemplo de um material com uma grande faixa de deformação plástica é a goma de mascar úmida, que pode ser esticado para dezenas de vezes seu comprimento original.

Embora a deformação elástica tenha sido amplamente usada para estudar e manipular materiais quânticos, os efeitos da deformação plástica ainda não foram explorados. Na verdade, a sabedoria convencional levaria os cientistas a acreditar que "apertar" ou "esticar" os materiais quânticos pode remover suas propriedades mais intrigantes.

Neste novo estudo pioneiro, os pesquisadores usaram a deformação plástica para criar estruturas com defeitos periódicos estendidos em um material quântico proeminente conhecido como titanato de estrôncio (SrTiO ₃ ) As estruturas defeituosas induzem mudanças nas propriedades elétricas e aumentam a supercondutividade.

"Ficamos bastante surpresos com os resultados", disse Greven. “Nós partimos pensando que nossas técnicas realmente bagunçariam o material. Nunca teríamos imaginado que essas imperfeições iriam realmente melhorar as propriedades supercondutoras dos materiais, o que significa que, em temperaturas baixas o suficiente, poderia transportar eletricidade sem qualquer desperdício de energia. "

Greven disse que este estudo demonstra a grande promessa da deformação plástica como uma ferramenta para manipular e criar novos materiais quânticos. Pode levar a novas propriedades eletrônicas, incluindo materiais com alto potencial para aplicações em tecnologia, ele disse.

Greven também disse que o novo estudo destaca o poder das sondas de espalhamento de nêutrons e raios-X de última geração na decifração de estruturas complexas de materiais quânticos e de uma abordagem científica que combina experimento e teoria.

"Os cientistas agora podem usar essas técnicas e ferramentas para estudar milhares de outros materiais, "Greven disse." Espero que possamos descobrir todos os tipos de novos fenômenos ao longo do caminho. "

Além da Universidade de Minnesota, a equipe incluiu pesquisadores da Universidade de Zagreb, Croácia; Ariel University, Israel; Universidade de Pequim, Pequim, China; Laboratório Nacional de Oak Ridge; e o Laboratório Nacional de Argonne.