Uma equipe de cientistas do Laboratório Nacional Ames do Departamento de Energia dos EUA e do Laboratório Nacional de Aceleradores SLAC forneceu novos dados e análises sobre niquelatos de camada infinita. Este material é uma classe recentemente descoberta de supercondutores não convencionais. Os resultados fornecem novos insights sobre como esses supercondutores funcionam e como eles diferem de outros supercondutores.



O artigo "Evidência de supercondutividade de onda d de níquelatos de camada infinita de eletrodinâmica de baixa energia" foi publicado na Nature Materials .

Supercondutividade ocorre quando um material conduz eletricidade sem perda de energia abaixo de uma temperatura crítica. Supercondutores são usados ​​em tecnologias como máquinas de ressonância magnética e computadores quânticos.

Existem dois tipos de supercondutores, convencionais e não convencionais. A principal diferença entre os dois tipos é a temperatura crítica. Os supercondutores convencionais geralmente funcionam em temperaturas ultrabaixas. Muitos supercondutores não convencionais funcionam em temperaturas mais altas (embora ainda muito baixas). Os investigadores procuram temperaturas mais elevadas para abrir novas utilizações para os supercondutores, mas também para revelar os mecanismos que dão origem a estes comportamentos não convencionais.

Segundo Jigang Wang, cientista do Ames Lab, os supercondutores também são diferentes no nível eletrônico. Quando um supercondutor atinge sua temperatura crítica, pares de elétrons chamados pares de Cooper são formados. Esses pares de Cooper criam uma lacuna supercondutora. Essa lacuna é a energia mínima necessária para fazer os elétrons se moverem individualmente.

Nos supercondutores convencionais, a lacuna é do mesmo tamanho em todas as direções (por exemplo, na supercondutividade de ondas S). No entanto, em supercondutores não convencionais, o tamanho da lacuna pode ser diferente dependendo da direção em que os elétrons estão fluindo (por exemplo, na supercondutividade de onda d).

"Um dos supercondutores não convencionais mais recentes e potencialmente inovadores são os niquelatos de camadas infinitas", disse Bing Cheng, pesquisador de pós-doutorado no Laboratório de Wang. Este material foi originalmente descoberto por Harold Hwang no SLAC, também parte da equipe de pesquisa.

Os niquelatos de camada infinita são extremamente finos e complexos, existindo como filmes em outros materiais. Estas propriedades dificultam o uso de ferramentas convencionais para investigar as propriedades fundamentais destes supercondutores.

Para enfrentar este desafio, a equipe de Wang no Ames Lab usou sua experiência em espectroscopia de ondas terahertz para examinar os níquelatos. Com essas ferramentas, eles mediram os tamanhos das lacunas e descobriram rápidas flutuações supercondutoras quando o material está próximo ou acima de sua temperatura crítica.

Seus resultados confirmaram que o material tem supercondutividade de onda d, semelhante a alguns supercondutores não convencionais identificados por Zhi-Xun Shen, membro da equipe da Universidade de Stanford. Shen dedicou mais de três décadas a desvendar os segredos da supercondutividade da onda d.

De acordo com Wang, compreender a natureza da supercondutividade não convencional ainda é um dos maiores desafios da matéria condensada e da física dos materiais atualmente. “Ainda há debates sobre o que une os elétrons nos pares de Cooper”, disse ele. No entanto, a compreensão destes níquelatos poderia oferecer uma solução para este enigma de longa data.

Mais informações: Bing Cheng et al, Evidência de supercondutividade de onda d de níquelatos de camada infinita de eletrodinâmica de baixa energia, Nature Materials (2024). DOI:10.1038/s41563-023-01766-z
Informações do diário: Materiais Naturais

Fornecido pelo Laboratório Nacional Ames