O grafeno de três camadas torcidas de ‘ângulo mágico’ não tem apenas um nome impressionantemente exótico, mas pode ser um tipo particularmente raro de supercondutor, de acordo com uma nova pesquisa – que pode ser útil em qualquer lugar, de equipamentos médicos a computadores quânticos.
Os cientistas estão descobrindo que o empilhamento de camadas de um átomo de grafeno umas sobre as outras em ângulos ligeiramente diferentes pode criar novos materiais com propriedades interessantes, o que levou à recente descoberta do grafeno de três camadas torcidas em ângulo mágico.
Agora, um novo estudo da mesma equipe mostra que este material poderia ser um supercondutor “spin-triplet” – um que não é afetado por altos campos magnéticos – o que potencialmente o torna ainda mais útil.
“O valor deste experimento é o que nos ensina sobre a supercondutividade fundamental, sobre como os materiais podem se comportar, para que, com essas lições aprendidas, possamos tentar projetar princípios para outros materiais que seriam mais fáceis de fabricar, que talvez pudessem lhe dar melhor supercondutividade “, diz o físico Pablo Jarillo-Herrero, do Massachusetts Institute of Technology (MIT).
Os materiais supercondutores são muito procurados: eles podem conduzir eletricidade sem perder calor, o que poderia revolucionar nossas redes elétricas, nossos aparelhos portáteis e muito mais – se conseguirmos fazê-los funcionar em temperaturas normais.
Normalmente, os elétrons nos supercondutores se acoplam nos chamados pares de Cooper – cada um com spins opostos (um para cima e um para baixo), viajando através do material como passageiros conectados em um trem expresso.
Essa é a configuração convencional de spin singlet, de qualquer maneira. Tipos raros de supercondutores são tripletos de spin, no entanto, o que significa que os elétrons têm o mesmo spin. Crucialmente, isso significa que um alto campo magnético não descarrila nosso trem expresso imaginário, porque a energia de ambos os elétrons muda na mesma direção.
Por meio de uma série de experimentos, a equipe foi capaz de mostrar que o grafeno de três camadas torcidas em ângulo mágico continuou a se comportar como um supercondutor em campos magnéticos superiores a 10 Tesla – três vezes mais alto do que seria esperado de um material de spin-singlet.
Além do mais, a supercondutividade desapareceu e voltou quando a força do campo magnético aumentou.
“Em supercondutores spin-singlet, se você matar a supercondutividade, ela nunca mais volta – desaparece para sempre”, disse o físico Yuan Cao, do MIT. “Aqui, ele reapareceu novamente. Portanto, isso definitivamente diz que este material não é um spin-singlet.”
O caso ainda não está encerrado – mais pesquisas serão necessárias para verificar os estados de spin dos elétrons neste tipo especial de grafeno. O que podemos dizer, porém, é que os primeiros resultados são muito promissores e muito estimulantes para os cientistas.
Uma área onde os supercondutores spin-triplet podem ser úteis é em varreduras de ressonância magnética: se essas máquinas pudessem operar sob campos magnéticos mais elevados, poderiam produzir imagens muito mais detalhadas. Por enquanto, temperaturas ultrabaixas no laboratório ainda são necessárias para que o material atue como um supercondutor.
O material e suas propriedades raras também são promissores para pesquisas futuras em computação quântica. Uma questão chave para cumprir a promessa de computadores quânticos práticos e acessíveis é melhorar sua estabilidade – algo em que supercondutores de spin-tripleto de um certo tipo poderiam ajudar.
“Não temos ideia se nosso tipo é desse tipo”, diz Jarillo-Herrero. “Mas mesmo que não seja, isso poderia tornar mais fácil colocar o grafeno em três camadas com outros materiais para projetar esse tipo de supercondutividade. Isso poderia ser um grande avanço. Mas ainda é muito cedo.”
Publicado em 22/07/2021 16h58
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