O papel do magnetismo nos pnictídeos (clues uncovered to role of magnetism in iron-based superconductors)

  

Cientistas do Oak Ridge National Laboratory usaram a microscopia eletrônica de transmissão e varredura para medir o comportamento magnético em escala atômica de várias famílias de supercondutores baseados em ferro.

Novas medidas do comportamento magnético dos pnictídeos estão desafiando o senso comum sobre supercondutividade e magnetismo. O estudo publicado no Advanced Materials fornece evidências experimentais que flutuações magnéticas locais podem influenciar a performance dos pnictídeos.

“No passado, todos pensavam que magnetismo e supercondutividade não podiam coexistir,” afirma Claudia Cantoni, primeira autora do artigo. “A ideia dos supercondutores é que eles expelem campos magnéticos. Mas na realidade, as coisas são mais complicadas.”

        A supercondutividade é fortemente suprimida pela presença do magnetismo de longo alcance, onde átomos alinham seus momentos magnéticos. Mas o estudo sugere que rápidas flutuações dos momentos magnéticos locais tem um efeito diferente. Não só existe o magnetismo localizado, como também ele está relacionado com uma alta temperatura crítica.

“Alguém poderia pensar que para a supercondutividade existir, não só a ordem de longo alcance mas também os momentos magnéticos locais deveriam morrer”, diz Cantoni. “Se tomarmos uma rápida 'foto' do momento local, ele terá seu máximo onde a supercondutividade está em seu máximo. Isto indica que um grande momento local é bom para a supercondutividade.”

Para caracterizar as propriedades magnéticas individuais dos átomos, os pesquisadores usaram uma combinação de duas técnicas: a STM (Scanning Transmission Electron Microscopy) e a EELS (Electron Energy Loss Spectroscopy). Outras técnicas experimentais não são capazes de obter informações suficientemente detalhadas do momento magnético local.

“Este tipo de medida dos momentos magnéticos geralmente é feita com técnicas que são mais sensíveis ao volume total da amostra, o que significa que eles olham para a média do material”, afirma Cantoni. “Quando você usa o valor médio, não obtém respostas certas”.

Durante quatro anos de estudo, os pesquisadores analisaram compostos de várias famílias de supercondutores a base de ferro (pnictídeos), revelando as tendências universais entre as diferentes amostras. Eles foram capazes de descobrir o número total e a distribuição dos elétrons nos níveis atômicos de energia que determinam os momentos magnéticos locais.

“Verificamos que este número permanece constante para todos os membros desta família”, comenta Cantoni. “O número de elétrons não muda, o que muda são as posições e distribuição dos elétrons nos diferentes níveis. É por isso que o momento magnético difere entre as famílias”.

Os cientistas também dizem que a técnica utilizada por eles nesse estudo poderia ser útil na investigação de outros materiais tecnologicamente interessantes em campos como a eletrônica e armazenamento de dados.

“A microscopia eletrônica tem sido uma técnica de imagem que fornece um monte de informações da estrutura cristalina; agora estamos tentando ir além para obter a estrutura eletrônica,” diz Cantoni. “Não só queremos saber onde os átomos estão, mas o que os elétrons nesses átomos estão fazendo.”

Acesse aqui o artigo: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/adma.201401518/abstract

Fonte1: http://www.rdmag.com/news/2014/08/clues-uncovered-role-magnetism-iron-based-superconductors

Fonte2: http://www.ornl.gov/ornl/news/news-releases/2014/ornl-scientists-uncover-clues-to-role-of-magnetism-in-iron-based-superconductors-

Coreanos aprimoram propriedades de fios supercondutores usando nanotubos de carbono (Korean Research Team Develops Next-gen Superconducting Wire Using Carbon Nanotubes)

Uma típica máquina RMN Philips. (Photo de Jan Ainali via Wikimedia Commons)

Foi desenvolvido na Coreia um novo processo para melhorar radicalmente as propriedades elétricas, térmicas e mecânicas de fios supercondutores de diboreto de magnésio (MgB₂) pela adição de nanotubos de carbono. Fios supercondutores são essenciais em dispositivos de diagnóstico médico como a ressonância magnética nuclear (RMN).

Os fios supercondutores de última geração baseados no MgB₂ são aplicáveis aos dispositivos supercondutores incluindo RMNs, e são eficientes para maximizar a economia energética. Nos dias atuais, o hélio líquido é empregado como refrigerante em dispositivos supercondutores, porém é muito volátil. Assim, as empresas líderes na produção de equipamentos para diagnóstico médico têm considerado usar fios supercondutores de MgB₂ na fabricação dos dispositivos.

“Significa muito encontrar a possibilidade de desenvolver fios supercondutores de MgB₂ com melhor desempenho elétrico, mecânico e térmico através do simples processo de adição de nanotubos de carbono. Com a pesquisa em andamento, esperamos descobrir como aplicar esse material em um fio supercondutor para campos 1.5 T (nível da ressonância magnética), que é operado a menos de 15 K de temperatura através de um sistema de refrigeração sem um refrigerante líquido”, diz Dr. Choi Sae-yong.

A pesquisa foi publicada no periódico Scripta Materialia online. Clique aqui para acessar a página do artigo!

Fonte: http://www.businesskorea.co.kr/article/5870/core-material-mris-korean-research-team-develops-next-gen-superconducting-wire-using

Magnetismo é a cola dos pares de Cooper (magnetism is quantum glue)

            A supercondutividade surge quando dois elétrons em um material se ligam formando um par de Cooper. Experiências inovadoras realizadas por Freek Massee e Milan Allan foram analisados ​​usando um novo panorama teórico desenvolvido por Morr e o estudante John Van Dyke. Os resultados apontaram o magnetismo como a força subjacente à supercondutividade em um supercondutor não convencional (heavy férmion), o CeCoIn₅.

            “Durante muito tempo, fomos incapazes de desenvolver uma compreensão teórica detalhada deste supercondutor não convencional”, diz Morr, principal autor do trabalho. Dois insights cruciais da complexa estrutura eletrônica do CeCoIn₅ estavam faltando: a relação entre o momentum e energia dos elétrons movendo-se através do material, e a ‘cola quântica’ que une os elétrons no par de Cooper.

            Estas questões foram respondidas depois que o grupo de Davis desenvolveu uma medida de alta precisão do CeCoIn₅ usando um microscópio de varredura por tunelamento chamada espectroscopia de interferência de quasi-partícula. Análises do espectro usando uma nova abordagem teórica permitiu aos pesquisadores extrair as peças ausentes do quebra-cabeça.

       O novo insight indica que a cola quântica da supercondutividade é a força magnética. O magnetismo é altamente direcional, diz Morr. “Conhecendo a dependência direcional da cola quântica, nós prevemos quantitativamente as propriedades supercondutoras dos materiais usando uma série de equações matemáticas. Nossos cálculos mostram que o gap possui simetria de onda-d, o que para certas direções os elétrons estão ligados muito fortemente em detrimento de outras,” diz Morr. A dependência direcional é uma das características dos supercondutores não convencionais. “Nós concluímos que o magnetismo é a cola quântica subjacente ao surgimento da supercondutividade não convencional no CeCoIn₅.”

             O achado tem “erguido o nevoeiro da complexidade” em torno do material, diz Morr, e só foi possível pela colaboração entre teoria e experimento, que é crucial no avanço da compreensão de sistemas complexos. “Nós agora temos um excelente ponto de partida para explorar como a supercondutividade funciona em outros materiais complexos,” diz Morr. “Nós agora podemos investigar como ajustar o sistema para levar a temperatura crítica até a temperatura ambiente.”

Fonte1: http://nextbigfuture.com/2014/07/a-working-theory-of-high-temperature.html

Fonte2: http://www.pnas.org/content/early/2014/07/24/1409444111

Fonte3: http://arxiv.org/ftp/arxiv/papers/1405/1405.5883.pdf

O gato de Schrodinger no estado supercondutor (trajectory of superconducting circuit, illuminate Schrodinger’s cat principle)

      Equipe confirmou teoria sobre a trajetória mais provável de circuito supercondutor que permite compreender como sistemas quânticos mudam até que atinjam uma condição permanente. A descoberta dos pesquisadores representam um avanço significativo para o mundo da física quântica.

      O princípio da superposição em física quântica é conhecido como o gato de Schrödinger. O experimento idealizado por Erwin Schrodinger, propõe que se um gato é colocado em uma caixa com três objetos - um contador Geiger, uma substância radioativa e veneno que matará o gato se o contador Geiger detectar decaimento radioativo - o gato existe como vivo e morto até que a caixa seja aberta, quando ele instantaneamente se torna vivo ou morto.

      O estudo, no entanto, demonstra que o processo não é imediato. Em vez disso, a metáfora do gato segue uma trajetória contínua a partir do seu estado inicial até que a tampa seja aberta e o seu estado seja revelado - embora, neste caso, o gato seja um circuito supercondutor muito frio feito de alumínio. Ao investigar o sistema, os pesquisadores podem determinar onde no espectro o gato encontra-se entre vivo ou morto, mesmo sem abrir a caixa.

      “A ideia que tem intrigado as pessoas por um longo tempo com este postulado é, como é que, instantaneamente, você olha para algo e de repente 'poof', é vivo ou morto?”, Disse Irfan Siddiqi, professor de física, coautor do artigo. “Não é instantânea. Há informações que fluem para fora do sistema”.

      No estudo, os pesquisadores usaram um circuito que só pode ocupar dois estados, fundamental e excitado. Pelo princípio da superposição, o circuito - um tipo de qubit, ou unidade de informação quântica - existe, em parte, em qualquer combinação desses dois estados. O q-bit é colocado numa cavidade e trazido até uma temperatura de 20 millikelvin, perto de zero absoluto, para reduzir a sua resistência. Na cavidade, é sondado por micro-ondas que afetam muito fracamente o circuito - o equivalente apenas a abrir a tampa da caixa. O recipiente do circuito, feito de alumínio, responde a uma certa frequência que é dependente da combinação particular dos estados fundamental e excitado que o circuito ocupa. Os pesquisadores então amplificam o sinal para medir essa combinação.

      Siddiqi disse que o processo de sondagem do próprio qubit é o que estimula a trajetória. “É o ato da medição que está dirigindo o sistema. Se o gato estava morto e vivo, ele deve permanecer desse modo”, disse ele. “A única razão que deixa esse estado é porque você está perturbando-o, medindo esse estado.”

      Os resultados do estudo oferecem novas habilidades para controlar sistemas quânticos, que por sua vez sustentam a promessa de uma nova revolução tecnológica, disse Alexander Lvovsky, professor de física da Universidade de Calgary. Siddiqi disse que as descobertas podem ser aplicadas em computadores quânticos, que têm o potencial de serem mais poderosos que os computadores atuais.

Fonte: http://www.dailycal.org/2014/07/31/researchers-map-likely-trajectory-superconducting-circuit-illuminate-schrodingers-cat-principle/