Os físicos da RIKEN encontraram uma plataforma ideal para explorar o comportamento dos elétrons em um material à medida que ele se aproxima da supercondutividade. Isto poderia ajudar a desenvolver novos supercondutores que operem em temperaturas mais convenientes do que os existentes. O estudo foi publicado na revista Physical Review B .



Os supercondutores transportam corrente elétrica sem qualquer resistência e são usados ​​em poderosos eletroímãs e sensores magnéticos, por exemplo. Mas a supercondutividade geralmente só ocorre a baixas temperaturas, por isso os investigadores estão à procura de supercondutores de alta temperatura que possam abrir uma gama muito mais ampla de aplicações. O objetivo final é encontrar materiais que sejam supercondutores à temperatura ambiente.

A supercondutividade nos chamados supercondutores convencionais ocorre quando os elétrons se emparelham. Esse emparelhamento evita que os elétrons se espalhem à medida que fluem através de um material.

Alguns materiais, quando se aproximam desse estado supercondutor, entram em uma “fase nemática” na qual os elétrons se alinham em faixas. “A nematicidade é considerada intimamente relacionada à supercondutividade”, explica Yuya Kubota do RIKEN SPring-8 Center. "No entanto, a conexão precisa entre nematicidade e supercondutividade não é totalmente compreendida."

Para explorar esta relação, Kubota e os seus colegas recorreram a um material chamado seleneto de ferro, que superconduz apenas a temperaturas muito baixas de –265°C, que é apenas 8° acima do zero absoluto. Mas a supercondutividade em temperaturas mais altas pode ser alcançada aplicando pressão ou ajustando a composição química do material, apontando potencialmente o caminho para estratégias mais gerais para a criação de supercondutores de alta temperatura.

O seleneto de ferro entra na sua fase nemática a cerca de –183°C. Nesta fase, o arranjo dos átomos na rede cristalina do material muda e certos elétrons podem adotar diferentes estados de energia. Os pesquisadores há muito debatem a importância relativa desses fatores estruturais e eletrônicos para impulsionar a nematicidade.

A equipe de Kubota encontrou agora uma resposta. Eles estudaram um filme ultrafino de seleneto de ferro à base de aluminato de lantânio, que suprimiu a mudança estrutural durante a transição para a fase nemática.

Os investigadores detectaram todas as características electrónicas de uma transição para a fase nemática, embora a estrutura da rede permanecesse a mesma. Isto sugere que a fase nemática se origina apenas de mudanças nos estados de energia de certos elétrons.

Os pesquisadores prevêem que seu material de película fina lhes permitirá explorar o comportamento dos elétrons na fase nemática, sem o fator complicador de quaisquer alterações estruturais que os acompanhem. “Isso poderia nos ajudar a alcançar uma compreensão mais profunda da relação entre nematicidade e supercondutividade, e do mecanismo da supercondutividade”, diz Kubota. "E isso, por sua vez, poderia acelerar a pesquisa em direção a supercondutores à temperatura ambiente."

Mais informações: Y. Kubota et al, Estado nemático puro no supercondutor à base de ferro FeSe, Revisão Física B (2023). DOI:10.1103/PhysRevB.108.L100501
Informações do diário: Revisão Física B

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