Uma equipe liderada por pesquisadores da Universidade de Minnesota Twin Cities descobriu como mudanças estruturais sutis no titanato de estrôncio, um semicondutor de óxido metálico, podem alterar a resistência elétrica do material e afetar suas propriedades supercondutoras.
A pesquisa pode ajudar a orientar futuros experimentos e projetos de materiais relacionados à supercondutividade e à criação de semicondutores mais eficientes para várias aplicações de dispositivos eletrônicos. O estudo foi publicado na revista Science Advances .

O titanato de estrôncio tem estado no radar dos cientistas nos últimos 60 anos porque apresenta muitas propriedades interessantes. Por um lado, torna-se um supercondutor, ou seja, conduz eletricidade suavemente sem resistência, a baixas temperaturas e baixas concentrações de elétrons. Ele também sofre uma mudança de estrutura a 110 Kelvin (-262 graus Fahrenheit), o que significa que os átomos em sua estrutura cristalina mudam seu arranjo. No entanto, os cientistas ainda estão debatendo o que exatamente causa a supercondutividade neste material no nível microscópico ou o que acontece quando sua estrutura muda.

Neste estudo, a equipe liderada pela Universidade de Minnesota foi capaz de esclarecer essas questões.

Usando uma combinação de síntese de materiais, análise e modelagem teórica, os pesquisadores descobriram que a mudança estrutural no titanato de estrôncio afeta diretamente como a corrente elétrica flui através do material. Eles também revelaram como pequenas mudanças nas concentrações de elétrons no material afetam sua supercondutividade. Esses insights acabarão por informar pesquisas futuras sobre este material, incluindo pesquisas sobre suas propriedades supercondutoras únicas.

"A espinha dorsal da vida humana depende da descoberta de novas propriedades em materiais, e cientistas e engenheiros podem usar essas propriedades para criar novos dispositivos e tecnologias", disse Bharat Jalan, autor principal e professor associado e presidente da Shell na University of Minnesota Twin. Departamento de Cidades de Engenharia Química e Ciência dos Materiais. "O que este estudo mostra é uma conexão entre a supercondutividade e a estrutura do material no titanato de estrôncio. Mas talvez ainda mais importante, mostra que uma abordagem colaborativa é essencial para resolver problemas complexos em ciência e engenharia."

Uma das principais razões pelas quais os pesquisadores conseguiram fazer essa descoberta foi o fato de serem capazes de sintetizar um material de titanato de estrôncio extremamente "limpo", o que significa que continha muito poucas impurezas. Para fazer isso, eles usaram uma técnica chamada epitaxia de feixe molecular híbrida (MBE) – uma abordagem que o laboratório de Jalan foi pioneiro.

Como o material era tão limpo, os pesquisadores conseguiram fazer observações inéditas no titanato de estrôncio. Por meio de modelagem teórica, os pesquisadores conseguiram conectar as propriedades macroscópicas observadas experimentalmente com o comportamento microscópico dos elétrons.

“A resposta observada das propriedades supercondutoras a pequenas mudanças na densidade de elétrons fornece novas peças no quebra-cabeça em andamento da supercondutividade no titanato de estrôncio”, disse o professor da Escola de Física e Astronomia da Universidade de Minnesota e autor colaborador Rafael Fernandes, cujo grupo lidou com o aspecto de modelagem teórica da pesquisa.

Esta pesquisa foi possível graças a uma colaboração entre três membros do corpo docente da Universidade de Minnesota Twin Cities:Jalan, cujo laboratório liderou o esforço e lidou com a síntese de materiais e medições de transporte; Fernandes, cujo grupo realizou os cálculos teóricos; e o Professor Associado da Escola de Física e Astronomia Vlad Pribiag, especializado na medição avançada de propriedades em filmes finos.

"Muitas questões na ciência e engenharia modernas são tão complexas que excedem uma única disciplina", disse Pribiag. "Ter essas colaborações disponíveis dentro da mesma faculdade é extremamente útil. Você precisa de todos esses ingredientes para resolver muitos problemas." + Explorar mais

Novas propriedades do titanato de estrôncio são significativas para a pesquisa eletrônica