Experimento de ultrassom identifica novo supercondutor
A influência da deformação em supercondutores de um e dois componentes. a, Uma ilustração de como dois parâmetros de ordem representativos - onda S de componente único e px de dois componentes + ipy —respondem à deformação por compressão e cisalhamento. Ambas as lacunas respondem sob compressão (aumentar ou diminuir em magnitude depende de detalhes microscópicos). Apenas a lacuna de dois componentes, no entanto, se acopla à deformação de cisalhamento - aqui ilustramos o modo de fase (veja a ref. 2 para mais detalhes). b, As mudanças esperadas nos módulos elásticos em Tc para parâmetros de pedido de um e dois componentes. Todos os supercondutores têm uma descontinuidade em seus módulos de compressão através do Tc , mas apenas supercondutores de dois componentes apresentam descontinuidades em seus módulos de cisalhamento. Crédito:Física da Natureza (2024). DOI:10.1038/s41567-024-02493-1 Com pulsos de som através de pequenos alto-falantes, os pesquisadores de física da Cornell esclareceram a natureza básica de um novo supercondutor.
Desde que foi considerado um supercondutor, há cerca de cinco anos, o ditelureto de urânio criou muita agitação na comunidade de materiais quânticos – e muita confusão, com mais de uma dúzia de teorias sobre a verdadeira natureza das suas propriedades supercondutoras. Alguns sugeriram possibilidades valiosas para a computação quântica.
Em um experimento, Brad Ramshaw, professor associado de física na Faculdade de Artes e Ciências (A&S) e colegas usaram ultrassom para reunir evidências diretas de que o ditelureto de urânio tem um parâmetro de ordem supercondutor de componente único, descartando um tipo mais exótico de supercondutor. isso teria sido uma notícia emocionante para a computação quântica. Mas estabelecer uma base de dados para a supercondutividade intrínseca do material ainda deixa a porta aberta para a descoberta de possibilidades complexas adicionais através de estudos mais aprofundados.
O experimento estabelece que os desenvolvimentos técnicos recentes no laboratório Ramshaw tornam o ultrassom pulso-eco, que usa pulsos sonoros para examinar a rigidez mecânica de materiais quânticos, uma técnica confiável e desejável para examinar materiais supercondutores.
O relatório de pesquisa, intitulado "Supercondutividade de componente único em UTe2 at Ambient Pressure", é publicado na Nature Physics . Ramshaw é autor correspondente, tendo o estudante de doutorado Florian Theuss como primeiro autor. O estudante de doutorado Avi Shragai e o ex-pesquisador de pós-doutorado Gael Grissonnanche, agora docente do Institut Polytechnique de Paris, contribuíram, juntamente com colaboradores da Universidade de Maryland e da Universidade de Wisconsin, Milwaukee.
“Todos os supercondutores têm resistência zero, mas em um nível mais sutil, existem diferentes sabores de supercondutores”, disse Ramshaw. "Os pesquisadores estão interessados em encontrar esses sabores diferentes porque, primeiro, nem sabemos se eles existem, embora saibamos, em teoria, que podem existir. E segundo, eles podem ser usados em tecnologias como a computação quântica. Você precisa de novos tipos de supercondutores para novas tecnologias."
Uma estranha combinação de propriedades do ditelureto de urânio sugeriu inicialmente que poderia ser esse novo tipo de supercondutor. Sua temperatura crítica – quão frio deve ficar antes de passar para um estado supercondutor – é relativamente baixa, cerca de 2 Kelvin. Mas a sua baixa temperatura crítica está associada a um campo crítico muito elevado – a medida de quanto campo magnético pode suportar antes do colapso do estado supercondutor.
“Normalmente esperaríamos que suportasse um ou dois Tesla, mas pode suportar cerca de 60”, disse Ramshaw. "É quase 100 vezes mais forte do que qualquer campo magnético que você encontraria na vida cotidiana. Isso nos diz que há algo estranho, que talvez seja um daqueles novos sabores de supercondutividade."
Ramshaw e seus colaboradores queriam descobrir se o material tem - como algumas teorias e experimentos existentes previram - um parâmetro de ordem supercondutor multicomponente, acarretando efeitos exóticos; ou parâmetro de ordem de componente único, ainda potencialmente exótico, mas muito mais restrito.
Theuss conduziu um experimento usando ultrassom pulso-eco em uma amostra de 1 milímetro por 1 milímetro para descobrir a interação entre a estrutura e a supercondutividade no ditelureto de urânio. A técnica mede a velocidade de um pulso sonoro que se move através de um material, o mesmo princípio da ultrassonografia médica. A diferença é que, em vez de produzir imagens, os pesquisadores mediram a velocidade do som para detectar a mudança na rigidez do material à medida que ele esfriava e ultrapassava a temperatura crítica.
"Podemos medir a distância entre os ecos sonoros com uma precisão fenomenal. Esse é o verdadeiro poder do experimento", disse Ramshaw.
Pequenos alto-falantes (transdutores) conectados à amostra bombeavam um pulso sonoro diretamente no material em três direções diferentes, medindo três ondas de compressão e três ondas de cisalhamento – as vibrações laterais presentes apenas em sólidos.
Na temperatura crítica, as ondas de compressão mostraram uma queda repentina onde a velocidade do som despencou, como esperado para todos os supercondutores. No entanto, as ondas de cisalhamento não apresentaram tal queda.
"Se fosse um dos tipos exóticos de supercondutividade que as pessoas estavam propondo, essas ondas de cisalhamento também teriam diminuído", disse Ramshaw.
Os pesquisadores fornecem evidências diretas de que este material possui um parâmetro de ordem de componente único. Esta conclusão, no entanto, não acalma o entusiasmo sobre a supercondutividade no ditelureto de urânio, que tem muitos aspectos interessantes que merecem um estudo mais aprofundado, incluindo a sua extraordinariamente forte repulsão ao magnetismo.
A aplicação de pressão ou campos magnéticos abaixo da temperatura crítica pode alterar o tipo de supercondutividade, talvez até criando a indescritível supercondutividade spin-tripleta de dois componentes, disse Ramshaw. O estudo atual fornece um ponto de partida baseado em dados.
"Definitivamente, há mais por vir neste material. Apenas começamos", disse Theuss, que trabalhou com ditelureto de urânio durante grande parte de seu doutorado. candidatura. "Mas se você quiser explicar essas coisas complicadas, você tem que começar pelos fatos intrínsecos básicos da supercondutividade em UTe2 ."
