Físicos explicam fenômeno contraditório em supercondutividade (dissipative superconducting state of non-equilibrium nanowires)

 

Pesquisador da Universidade Santa Barbara na Califórnia desenvolveu uma nova maneira para fabricar nanocircuito supercondutor. Contudo, os extremamente pequenos nanofios de zinco projetados apresentaram propriedades inesperadas.

Este diagrama de fases de campo magnético atual mostra a alta sensibilidade do planalto tensão ao campo magnético. Quando o planalto desaparece, o estado supercondutor se expande.

        Chen, juntamente com o seu orientador de tese, Allen M. Goldman, e o físico teórico Alex Kamenev, ambos da Universidade de Minnesota, passou anos procurando uma explicação para estes efeitos extremamente intrigantes. Seus resultados foram publicados na Nature Physics. Clique aqui!

        “Estávamos determinados a descobrir como poderíamos conciliar os estranhos fenômenos com as regras que regem a supercondutividade”, disse o principal autor Chen. “A coexistência de supercondutividade com dissipação, o que observamos, é contra-intuitivo e dribla as regras como as conhecemos.”

     Supercondutividade e dissipação são processos mutuamente excludentes, pois dissipação é uma característica do estado normal. “Mas nós descobrimos que a supercondutividade e dissipação podem coexistir em condições bastante genéricas, no que parece ser uma forma universal”, disse Chen.

Depois de longo e cuidadoso trabalho, envolvendo esforços teóricos e experimentais, os pesquisadores descobriram uma explicação que se encaixa. Por trás de todos os fenômenos observados, há um estado de não equilíbrio peculiar de excitações de quase-partículas tipo-elétron que se formam nos nanofios projetados por Chen.

        As quase-partículas são criadas por deslizamentos de fase. Num estado supercondutor, quando supercorrente flui através do nanofio, a função mecânica quântica descrevendo a supercondutividade do fio se desenvolve ao longo do comprimento do fio, com a forma de um espiral. De tempos em tempos, uma das revoluções contrai e desaparece completamente. Este evento é chamado de deslizamento de fase. Esta peculiaridade gera quase-partículas, dando origem a um estado desconhecido onde dissipação e supercondutividade coexistem.

        “A realização mais significativa foi fazer os nanofios menores e mais frios do que ninguém tinha feito antes”, disse Kamenev. “Isto permitiu que as quase-partículas viajassem mais rápido através do fio e evitassem o relaxamento. Isto conduz a um peculiar estado não térmico, que combina as propriedades de um supercondutor e um metal normal, ao mesmo tempo.”

        Além de descobrir este fenômeno único, a equipe também encontrou outra propriedade até então não vista no platô de tensão. Quando um campo magnético é ligado no estado platô de tensão, em vez de diminuir a região do supercondutor, que é o que normalmente ocorreria, a área supercondutora expande e é reforçada.

        “Esta é uma propriedade inesperada de nanofios muito pequenos”, disse Goldman. Esse estado parece ser universal para circuitos supercondutores ultra-pequenos como os de Chen, que possui contatos ideais entre os nanoelementos e os condutores. Tais supercondutores em nanoescala podem ser componentes fundamentais em futuros sistemas de um computador supercondutor.

“Nossos resultados demonstram que nanocircuitos supercondutores podem ser usados como uma simples, mas bastante genérica, plataforma, para investigar fenômenos quânticos fora do equilíbrio,” concluiu Chen.

“Agora temos de explorar os parâmetros dos nanofios que geram o efeito e aqueles que não o fazem”, disse Goldman. “Nós também precisamos examinar o comportamento dos fios de diferentes comprimentos e diferentes materiais, a fim de definir os parâmetros.” 

Fonte: http://www.news.ucsb.edu/2014/014300/bending-rules