doi.org/10.1038/s41567-023-02316-9
Credibilidade: 999
#Supercondutividade
Um novo estudo mostra que um certo material supercondutor tem um comportamento único dos elétrons em suas bordas, diferente do que acontece no interior. Isso pode ter grandes implicações para o desenvolvimento de sistemas elétricos mais eficientes e o avanço das tecnologias de computação quântica.
Materiais topológicos possuem propriedades incomuns devido à forma como o comportamento dos elétrons é descrito por uma lei física chamada função de onda, que fica “enrolada” ou “torcida”. Quando um material topológico encontra o espaço ao seu redor, a função de onda precisa se desenrolar. Essa transição repentina faz com que os elétrons na borda do material se comportem de forma diferente dos elétrons que estão no interior. Essa diferença é o que os cientistas chamam de estados de borda.
Se o material topológico também for supercondutor, tanto o interior quanto a borda são supercondutores, mas apresentam comportamentos distintos. Isso é surpreendente, como se fossem duas piscinas de água que se tocam, mas continuam separadas. O estudo revelou que as correntes supercondutoras nas bordas do material topológico molibdeno telureto (MoTe2) conseguem resistir a mudanças significativas na “cola” que mantém os elétrons pareados. Essa “cola” é importante, pois o pareamento dos elétrons facilita o fluxo livre de eletricidade em um supercondutor.
Entendendo a Supercondutividade em Materiais Topológicos:
Os supercondutores topológicos são uma possível nova classe de supercondutores previstos pela teoria. Se confirmados, eles permitirão o desenvolvimento de tecnologias quânticas de última geração, porque contêm partículas especiais chamadas “anyons”. Diferentemente dos elétrons, os anyons lembram onde estavam antes. Isso permite que sejam organizados para realizar operações de computação quântica de forma que protege contra erros.
Além disso, os supercondutores topológicos possuem correntes especiais conhecidas como “supercorrentes de borda” ao longo de suas extremidades. Essas correntes são importantes para gerar e manipular os anyons, o que abre caminho para o desenvolvimento de tecnologias quânticas e eletrônicos mais eficientes em termos de energia.
Observando Supercorrentes de Borda no MoTe2
Quando o MoTe2 se torna supercondutor, a supercorrente (a maior corrente que pode ser injetada sem destruir a supercondutividade) oscila em um campo magnético. A supercorrente na borda oscila mais rapidamente do que no interior, aparecendo como uma modulação característica na resposta do interior. As correntes supercondutoras são carregadas por pares de elétrons, e a “cola” que mantém esses pares juntos pode ter diferentes forças e simetrias para cada material.
Aumentando o Potencial de Pareamento com Nióbio:
Para fortalecer a “cola” (potencial de pareamento) no MoTe2, os cientistas colocaram nióbio (Nb) sobre ele, porque o Nb tem um potencial de pareamento mais forte. O potencial de pareamento do Nb se espalha pelo MoTe2, fazendo com que os elétrons sintam a “cola” mais forte por um tempo. Esse “vazamento” fortalece as oscilações da supercorrente, mas também mostra que há uma incompatibilidade entre os potenciais de pareamento do Nb e do MoTe2.
Os dois não conseguem se misturar completamente, e a função de onda que orienta os elétrons na borda muda entre o potencial de pareamento do Nb e o do MoTe2, dependendo de qual potencial prevalece. A escolha feita pelos elétrons na borda se reflete nas oscilações, que ficam “ruidosas” quando o potencial de pareamento na borda é diferente do interior do MoTe2, e quase sem ruído (como mostrado na figura) quando os dois são iguais.
Esse estudo não só confirma a existência de supercorrentes de borda, mas também mostra que elas podem ser usadas para monitorar o comportamento dos elétrons supercondutores em supercondutores topológicos.
Publicado em 22/10/2024 21h22
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