Redação do Site Inovação Tecnológica - 22/04/2021
Repentinamente,
os elétrons começam a movimentar-se em camadas monoatômicas. [Imagem: Greg
Stewart/SLAC]
Escolhendo
viver em 2D
O
fenômeno da supercondutividade - quando materiais passam a conduzir a
eletricidade sem qualquer resistência - tem resistido a todos os esforços dos
cientistas para explicá-lo.
A
teoria mais aceita, baseada na conjugação de elétrons em pares - chamados pares de
Cooper - é sabidamente insuficiente para explicar o que ocorre
nos diferentes tipos de supercondutores.
É por
isso que os experimentos realizados por Carolina Parra
e seus colegas da Universidade de Stanford,
nos EUA, causaram sensação na comunidade científica.
Parra
observou o surgimento não de duplas, mas de “poças” de elétrons emergindo em
camadas atômicas 2D no interior de um bloco 3D de um material supercondutor.
Supercondutividade
interdimensional
Dentro
das poças, os elétrons supercondutores se comportam como se estivessem
confinados em um plano atomicamente fino, semelhante a uma folha, uma situação
que exige que eles de alguma forma cruzem para outra dimensão, onde se aplicam
as regras bem diferentes da física quântica.
“Este é um exemplo torturante de
comportamento emergente, que muitas vezes é difícil ou impossível de replicar
tentando projetá-lo do zero,” destaca o professor Hari Manoharan,
coordenador da pesquisa. “É como se, ao receber o poder de superconduzir, os elétrons
3D optassem por viver em um mundo 2D.”
A
equipe batizou o novo fenômeno de “supercondutividade interdimensional” e
sugere que é assim - passando de unidimensional para bidimensional e,
finalmente, tridimensional - que os supercondutores fazem as transições que os
levam para um comportamento de metal, de semicondutor e finalmente até um
isolante completo, quando não transmitem nenhuma eletricidade - e de volta pelo
mesmo caminho até a supercondutividade.
Conforme
observaram as mudanças de fase, usando imageamento ultrarrápido, a equipe
mapeou os movimentos dos elétrons no supercondutor e viu como eles se
reorganizam, saindo do 1D (elétrons confinados em seus átomos, tornando o
material um isolante), passando por 2D (“poças” bidimensionais, tornando o
material transicionar rapidamente para a supercondutividade) e chegando ao 3D,
em que os elétrons movem-se livremente, transmitindo eletricidade com 100% de
eficiência.
Pesquisas
em materiais 2D
O
material utilizado é um supercondutor de alta temperatura chamado BPBO, devido
aos seus quatro ingredientes atômicos - bário, chumbo, bismuto e oxigênio.
E a
equipe acredita que seus resultados terão implicações práticas para a
sintetização de materiais 2D.
“A maioria dos métodos para fazer
materiais 2D são abordagens de engenharia, como o cultivo de filmes com algumas
camadas atômicas de espessura ou a criação de uma interface nítida entre dois
materiais e o confinamento de um estado 2D ali,” disse Parra. “[Nosso experimento] oferece uma maneira
adicional de chegar a esses estados supercondutores 2D. É mais barato, você não
precisa de equipamentos sofisticados que requerem temperaturas muito baixas e
não leva dias e semanas. A única parte complicada seria obter a composição
perfeita do material.”
Bibliografia:
Artigo: Signatures
of two-dimensional superconductivity emerging within a three-dimensional host
superconductor
Autores: Carolina Parra, Francis C. Niestemski, Alex W. Contryman, Paula
Giraldo-Gallo, Theodore H. Geballe, Ian R. Fisher, Hari C. Manoharan
Revista: Proceedings of the National Academy of Sciences
DOI: 10.1073/pnas.2017810118
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