Cientistas misturam e combinam propriedades para criar um novo supercondutor com estrutura quiral
Um material supercondutor não quiral e um material não supercondutor quiral foram combinados em diferentes proporções de elementos para criar um novo composto com as propriedades de ambos. Crédito:Universidade Metropolitana de Tóquio Pesquisadores da Universidade Metropolitana de Tóquio criaram um novo supercondutor com estrutura cristalina quiral misturando dois materiais, um com supercondutividade, mas sem quiralidade, outro com quiralidade, mas sem supercondutividade.
O novo composto de platina-irídio-zircônio transita para um supercondutor abaixo de 2,2 K e foi observado que possui estrutura cristalina quiral usando difração de raios X. Sua nova abordagem de solução sólida promete acelerar a descoberta e compreensão de novos materiais supercondutores exóticos.
Os cientistas que estudam a supercondutividade têm a missão de compreender como a natureza exótica dos materiais supercondutores surge da sua estrutura e como podemos controlar a estrutura para obter propriedades desejáveis.
Dos muitos aspectos da estrutura, um desenvolvimento recente interessante é a questão da quiralidade. Muitas estruturas têm uma "lateralidade", isto é, não parecem iguais no espelho. Um efeito da quiralidade em supercondutores é desencadear algo chamado acoplamento assimétrico spin-órbita (ASOC), um efeito que pode tornar os supercondutores mais robustos à alta exposição ao campo magnético.
Para compreender a quiralidade com mais profundidade, no entanto, os cientistas precisam de mais supercondutores com uma estrutura quiral para estudar. O caminho usual é procurar compostos quirais, verificar se são supercondutores ou não, enxaguar e repetir:isso é muito ineficiente.
É por isso que uma equipe da Universidade Metropolitana de Tóquio liderada pelo professor associado Yoshikazu Mizuguchi introduziu uma abordagem totalmente nova. Em vez de vasculhar listas de compostos, eles misturaram dois compostos com propriedades físicas conhecidas, um composto de platina-zircônio com supercondutividade, mas sem quiralidade, e um composto de irídio-zircônio com estrutura quiral, mas sem relatos de supercondutividade. O trabalho foi publicado no Journal of the American Chemical Society .
Ao combinar elementos em uma proporção que corresponde a uma certa proporção de cada composto, eles foram capazes de “misturar e combinar” efetivamente as propriedades físicas, criando um novo material que tinha uma estrutura cristalina quiral e supercondutividade.
À medida que a proporção de irídio aumenta, a proporção de P6122, o componente quiral, aumenta. Crédito:Universidade Metropolitana de Tóquio
. A supercondutividade pode ser confirmada abaixo de uma proporção de irídio de cerca de x =0,85 pol. (Pt1-x Irx )3 Zr5 . Crédito:Universidade Metropolitana de Tóquio
. Os padrões de difração de raios X em diferentes temperaturas (parte superior) e a fração extraída do composto quiral (parte inferior) mostram que a proporção do composto quiral aumenta em temperaturas mais baixas. Crédito:Universidade Metropolitana de Tóquio
A equipe primeiro estudou diferentes proporções de mistura, descobrindo que com cerca de 80% de inclusão de irídio, a proporção da estrutura cristalina quiral (aqui, a estrutura P6122 do composto quiral de irídio-zircônio) aumenta rapidamente à temperatura ambiente. Resfriando amostras a baixas temperaturas, eles conseguiram confirmar a supercondutividade em cerca de 85%. Isso deixou uma pequena janela onde ambas as propriedades podem se manifestar.
Olhando para a mistura de 80%, eles resfriaram a amostra até onde a supercondutividade foi observada, descobrindo que a proporção da estrutura quiral aumenta dramaticamente. Claramente, o seu novo composto é um supercondutor com uma estrutura quiral.
A equipe também confirmou que a supercondutividade surge na massa, e não na superfície. Seu trabalho demonstra o poder de uma abordagem de “misturar e combinar” na fabricação de novos supercondutores exóticos, um impulso dramático e bem-vindo na busca por mais materiais e mais compreensão.
Mais informações: Yuto Watanabe et al, Estrutura cristalina quiral de baixa temperatura e supercondutividade em (Pt0.2Ir0.8)3Zr5, Journal of the American Chemical Society (2023). DOI:10.1021/jacs.3c10797 Fornecido pela Universidade Metropolitana de Tóquio
