Cientistas descobrem nova fase magnética nos pnictídeos (new magnetic phase in iron-based superconductors)

         Pnictídeos são supercondutores à base de ferro que podem ser genericamente representados pela fórmula LnFeAsO_1-xF_x (Ln = lantanídeos). Estes são chamados de oxi-pnictídeos por conter oxigênio. Há também pnictídeos que não contêm oxigênio (Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂, Ca_0.6Na_0.4Fe₂As₂, Sr_0.5Sm_0.5FeAsF). Estes sistemas foram descobertos pelo grupo do Hosono (clique aqui).

         Recentemente, uma equipe do U.S. Department of Energy's Argonne National Laboratory descobriu uma nova fase magnética. Segundo Ray Osborn, um dos autores do trabalho, “Estas nova fase magnética que nunca tinha sido observada antes, deve ter significativas implicações em nossa compreensão da supercondutividade não-convencional.” O artigo foi publicado no Nature Communications (clique aqui).

         Nestes compostos, a supercondutividade emerge quando a ordem de densidade de ondas de spin (SDW) é suprimida pela dopagem, pressão ou desordem atômica. A ordem magnética é antecipada pela ordem nemática, cuja origem é desconhecida. A ordem magnética afeta a estrutura atômica. À temperatura ambiente, os átomos de ferro situam-se numa rede quadrada, que tem uma simetria quádrupla, mas quando esfriado abaixo da temperatura de transição magnética, distorcem para formar uma estrutura retangular, com simetria dupla. Os pesquisadores do Argonne descobriram uma fase em que o material retorna à simetria quádrupla próxima do início da supercondutividade.

         “Nossa descoberta mostra que há um romance do estado magnético acima da supercondutividade”, disse Chmaissem, coautor do trabalho. “Além disso, este estado magnético compete com a supercondutividade e em temperatura mais baixa conseguem coexistir. Não há retorno para a simetria dupla. Isso foi completamente inesperado e é agora alvo de um extenso trabalho teórico.”

        

Difração de nêutron mostra o resultado do espalhamento numa amostra de BaFeAs dopado com Na (24%) no sítio do Ba. A ordem nemática se estabelece abaixo de 90 K, mas a simetria quádrupla é restaurada abaixo de 40 K. As estruturas atômica e magnética resultantes são ilustradas na figura à direita, onde as esferas azuis representam átomos de ferro e as setas vermelhas a direção de seus momentos magnéticos. Imagem por Jared Allred.

 Os pesquisadores utilizaram a difração de nêutrons que permite determinar as posições dos átomos e as direções dos seus momentos magnéticos microscópicos. Especula-se que isso pode ajudar a elucidar a supercondutividade nos pnictídeos e que tal explicação se estenda a outros supercondutores.

Fonte 1: http://www.anl.gov/articles/argonne-scientists-discover-new-magnetic-phase-iron-based-superconductors

Fonte 2: http://www.nature.com/ncomms/2014/140522/ncomms4845/full/ncomms4845.html

Os desafios da supercondutividade (challenges of superconductivity)

         Mesmo depois de 1 século de sua descoberta (Onnes), a supercondutividade ainda possui alguns desafios que parecem estar muito longe de serem superados. Dois em particular são notavelmente destacados: o desenvolvimento de uma teoria ab initio que explique a supercondutividade em qualquer intervalo de temperatura e a obtenção de um material que seja supercondutor em temperatura ambiente ou maior que a ambiente. Outros desafios como a obtenção de fios com materiais cerâmicos, também estão longe da superação (Larbalestier).

         Inquestionavelmente, a teoria ab initio mais bem sucedida na descrição da supercondutividade é a teoria BCS (BCS), que explica as propriedades dos supercondutores tipo I (supercondutores convencionais). Nesta teoria, a interação elétron-fônon é o mecanismo responsável pela supercondutividade. A teoria BCS deu origem a importantes conceitos até hoje empregados, como o par de Cooper e o gap de energia. A descoberta dos high-T_C causou certo abalo à teoria BCS, pois com base em seus pressupostos havia um consenso de que o limite máximo da temperatura crítica seria em torno de 30K (McMillan). As cerâmicas à base de Cu e O mantém um recorde da T_C muito acima deste valor (http://www.superconductors.org/News.htm)!

         Em função disso, diversos modelos teóricos foram e continuam sendo desenvolvidos na tentativa de explicar a supercondutividade de uma maneira completa. Abaixo segue uma pequena lista destes artifícios:

         Esse é um exemplo do quanto esse campo de pesquisa é desafiador! Embora não mencionada acima, outra teoria que teve e ainda possui grande utilidade no estudo da supercondutividade é conhecida como as equações de Ginzburg-Landau (Ginzburg). Esta deu origem a uma importante grandeza conhecida como comprimento de coerência, uma medida da variação do parâmetro de ordem.

         Além do campo teórico, embora haja uma vasta gama de materiais supercondutores, o desafio de alcançar uma temperatura crítica equivalente a ambiente exigirá informações que aparentemente ainda não se possui. Não é sabido se há ou não um limite físico para a T_C. Apesar disso, nada impede os materiais supercondutores de serem usados em várias aplicações úteis. Veja uma lista de aplicações aqui: Aplicações dos supercondutores.

      Para uma revisão um pouco mais detalhada, veja: Supercondutividade: um século de desafios e superação.