Os supercondutores estão ficando nervosos.
Pela primeira vez, os cientistas descobriram uma corrente supercondutora viajando ao longo da borda de um material, como um rastro de formigas rastejando ao longo da borda de um prato sem se aventurar no meio.
Normalmente, essas correntes supercondutoras, nas quais a eletricidade flui sem perda de energia, permeiam todo o material. Mas em uma fina folha de ditellurida de molibdênio resfriada até quase zero absoluto, o interior e a borda compõem dois supercondutores distintos, relatam o físico Nai Phuan Ong e colegas na Science, em 1º de maio. Os dois supercondutores estão “basicamente se ignorando”, diz Ong, da Universidade de Princeton.
Essa distinção entre exterior e interior faz do ditellureto de molibdênio um exemplo do que é chamado de materiais topológicos. O comportamento deles está intimamente ligado ao campo matemático da topologia, no qual as formas são consideradas distintas apenas se uma não puder ser moldada em outra sem cortar ou fundir. Nos isoladores topológicos, correntes elétricas podem fluir na superfície de um material, mas não no interior, como uma batata coberta com papel de alumínio.
Da mesma forma, os supercondutores topológicos são supercondutores em seus interiores e se comportam de maneira diferente em suas superfícies. Embora alguns pesquisadores suspeitem que os supercondutores topológicos também possam hospedar a corrente supercondutora em suas bordas, ainda não foram encontrados. Mas a nova observação é “extremamente convincente”, diz a química Claudia Felser, do Instituto Max Planck de Física Química de Sólidos, em Dresden, Alemanha, que não participou da pesquisa. “É realmente muito emocionante”.
A ditelurida de molibdênio é um composto semelhante ao metal chamado semimetal de Weyl. Suas propriedades incomuns podem significar que poderia abrigar férmions de Majorana, distúrbios dentro de um material que os cientistas esperam usar para criar melhores computadores quânticos. Espera-se que esses computadores quânticos topológicos resistam à instabilidade que prejudica os cálculos quânticos.
Em seu experimento, Ong e colegas aumentaram gradualmente o campo magnético do material. Eles mediram simultaneamente o quanto poderiam aumentar a corrente elétrica antes que o estado supercondutor fosse perdido, um valor conhecido como corrente crítica. À medida que o campo magnético aumentava, a corrente crítica oscilava, ficando maior, menor e maior novamente em um padrão repetitivo – uma marca registrada de um supercondutor de borda.
A oscilação resulta da física estranha dos supercondutores, na qual os elétrons formam parcerias chamadas pares de Cooper. Os pares atuam como um todo unificado, todos assumindo o mesmo estado quântico ou função de onda, que determina a probabilidade de uma partícula ser encontrada em um local específico.
Uma propriedade da função de onda chamada fase é análoga a torções em uma serpentina de festa pendurada nas bordas de uma sala, diz Ong. Se conectado nas extremidades, o streamer da festa pode girar uma ou duas vezes, mas nunca 1,2 vezes, por exemplo, porque as extremidades não se alinham. Da mesma forma, a fase deve fazer um número inteiro de torções ao redor do material. A interação entre o crescente campo magnético e a restrição de torção faz com que a corrente crítica oscile.
Um estudo clássico da década de 1960, conhecido como experimento Little-Parks, está intimamente ligado ao novo trabalho. Nesse estudo, um supercondutor em forma de cilindro exibia oscilações relacionadas em um campo magnético variável. Mas na versão de Ong e colegas, a corrente supercondutora corre em torno da borda de um pedaço sólido de material, em vez de um cilindro físico.
“É uma maneira muito inteligente e bonita de avaliar se existe ou não uma corrente de ponta” supercondutora, diz o físico Smitha Vishveshwara, da Universidade de Illinois em Urbana-Champaign, que não participou da pesquisa.
Publicado em 03/05/2020 10h41
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