doi.org/10.1038/s41567-023-02291-1
Credibilidade: 999
#Supercondutividade
Redemoinhos de caos quântico emergindo espontaneamente em camadas atomicamente finas de material isolante deixaram os físicos perplexos, exigindo revisões de modelos que poderiam resolver alguns problemas urgentes na busca pela compreensão da supercondutividade.
Físicos experimentais da Universidade de Princeton, nos EUA, e do Instituto Nacional Japonês de Ciência de Materiais examinaram o aparecimento espontâneo de flutuações quânticas num ponto de transição do engarrafamento de elétrons para uma auto-estrada supercondutora que atravessa uma paisagem bidimensional.
“Como uma fase supercondutora pode ser alterada para outra fase é uma área de estudo intrigante”, diz o físico e autor sênior de Princeton, Sanfeng Wu.
“E já faz algum tempo que estamos interessados neste problema em materiais atomicamente finos, limpos e monocristalinos.”
Os elétrons que passam pela fiação de cobre atrás de sua parede de gesso têm dificuldade em se mover de A para B. Ligue sua televisão e a loucura do horário de pico se desenrola nesses fios, com elétrons desviando e batendo, tocando seus minúsculos chifres de elétrons e sacudindo seus minúsculos punhos de elétrons enquanto seus minúsculos motores de elétrons superaquecem.
Supercondutividade é o sonho. É um movimento sem esforço do início ao fim. Sem calor, sem desperdício de energia. É tão eficiente quanto possível, perfeito para gerar campos eletromagnéticos poderosos ou computação de alta velocidade que não se transforma em poças.
No entanto, também não é exatamente uma fase de condutividade fácil de produzir. Ocorre quando os elétrons perdem o senso de individualidade e entram em sincronia, formando o que é conhecido como pares de Cooper, capazes de negociar a vizinhança atômica com uma facilidade zen.
Isso exige um nível de resfriamento que só pode ser alcançado com alguns equipamentos impressionantes e resistentes. No entanto, se os investigadores conseguissem compreender precisamente o que desencadeia esta transição quântica e o papel que a temperatura desempenha, talvez conseguissem contentar-se com um pouco menos de arrefecimento.
Uma área de pesquisa envolve examinar o comportamento quântico de elétrons presos no que são efetivamente superfícies 2D. Privados da capacidade de subir e descer, os fenômenos quânticos tornam sua transição para um estado supercondutor muito mais desafiadora.
“À medida que avançamos para dimensões mais baixas, as flutuações tornam-se tão fortes que ‘matam’ qualquer possibilidade de supercondutividade”, diz o físico de Princeton, Nai Phuan Ong.
O principal assassino do estado zen do elétron é melhor descrito como um vórtice quântico. Ou, como Ong descreve, “versões quânticas do redemoinho visto quando você esvazia uma banheira”.
De acordo com o que é conhecido como transição BKT, depois dos ganhadores do Nobel Vadim Berezinskii, John Kosterlitz e David Thouless, esses redemoinhos assassinos de destruição desaparecem em materiais 2D quando a temperatura cai o suficiente.
Investigando este espaço de tornados quânticos que causam estragos nos estados supercondutores, Wu e sua equipe criaram uma única camada de ditelureto de tungstênio semimetálico, que em qualquer coisa mais quente do que um bigode acima do zero absoluto é um isolante que sufoca a energia.
Bombear elétrons suficientes, entretanto, força uma corrente a fluir de maneira supercondutora.
Mesmo assim, os pesquisadores notaram algo bastante bizarro quando a temperatura despencou. Adicione elétrons suficientes e você obterá supercondutividade. Em um nível crítico de tráfego de elétrons, porém, aqueles redemoinhos de loucura quântica retornam, desligando a corrente.
Medir os redemoinhos revelou que eles não eram vórtices quânticos comuns, permanecendo estáveis em temperaturas e campos magnéticos mais altos do que a teoria dita. Quando o número de elétrons cai abaixo de uma quantidade precisa, os vórtices desaparecem repentinamente.
“Esperávamos ver fortes flutuações persistirem abaixo da densidade eletrônica crítica no lado não supercondutor, assim como as fortes flutuações observadas bem acima da temperatura de transição BKT”, diz Wu.
“No entanto, o que descobrimos foi que os sinais de vórtice ‘de repente’ desaparecem no momento em que a densidade electrónica crítica é ultrapassada. E isto foi um choque. Não podemos explicar de todo esta observação – a ‘morte súbita’ das flutuações.”
Novos modelos introduzem possibilidades de novos caminhos de pesquisa que podem levar a novas tecnologias. Dadas as recompensas potenciais do desenvolvimento da supercondutividade à temperatura ambiente, é útil ter um bom mapa do clima na paisagem quântica.
Publicado em 24/02/2024 14h40
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