A pedra de Rosetta: um potencial supercondutor de alta temperatura (A potential Rosetta Stone of high-temperature superconductivity)

Simulação numérica da heterogeneidade magnética (vermelho = magnetismo, azul = supercondutividade), causada pela substituição de 1% dos átomos de índio por átomos de cádmio no supercondutor CeCoIn₅. Imagem: NJ Curro (UC Davis) e Los Alamos National Laboratory

       A Pedra de Roseta tem a mesma mensagem escrita em três diferentes idiomas que dão aos estudiosos importantes insights sobre línguas antigas. O material CeCoIn₅, em virtude do seu elevado grau de pureza, permite o estudo da interação entre magnetismo, supercondutividade e a desordem em três diferentes classes de supercondutores não convencionais (cupratos, pnictídeos e férmions pesados). O sistema modelo pode ajudar os pesquisadores a decifrar os complexos fenômenos emergentes em diferentes classes de supercondutores convencionais e no desenvolvimento de uma teoria completa para a supercondutividade de alta temperatura.

       Em geral, a descoberta de novos materiais supercondutores com maiores temperaturas críticas (T_C) é feita por dopagem controlada, ou seja, substituindo estrategicamente certos elementos químicos por outros em um material de partida com uma T_C já elevada. Embora essa abordagem funcione, prever o comportamento dos materiais supercondutores continua a ser um grande desafio devido a várias complexidades incluindo a desordem nos materiais cristalinos.

       Uma equipe internacional de cientistas coordenada pelo Los Alamos National Lab demonstrou que o composto CeCoIn₅ com incrível elevada pureza e a mais alta temperatura supercondutora de um material à base de cério, pode servir como um sistema ideal para investigar o efeito de desordem nos materiais. Flutuações magnéticas, um limitador para a supercondutividade não convencional, são observadas no CeCoIn₅, mas localmente desaparecem no material dopado com uma pequena quantidade de cádmio (que substitui índio). Surpreendentemente, a temperatura de transição supercondutora do material dopado permanece quase inalterada.

       O trabalho mostra 'gotas' estáticas de magnetismo em torno dos átomos dopados, mas que não afetam a supercondutividade neste material. Espera-se que mais pesquisas sobre este material permita decifrar outros aspectos da supercondutividade não convencional que poderia abrir caminho para o desenvolvimento de uma teoria mais completa desse fenômeno.

Fonte1:http://www.rdmag.com/news/2015/04/potential-rosetta-stone-high-temperature-superconductivity

Fonte2:http://www.nature.com/nphys/journal/v10/n2/full/nphys2884.html

Fonte3:http://phys.org/news/2014-01-cecoin5-reveals-secrets-superconductivity-magnetism.html

Fonte4:http://www.nature.com/nphys/journal/v10/n2/full/nphys2833.html

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

Supercondutividade é ligada e desligada com magnetismo (magnetic domains reveals spatially inhomogeneous superconductivity)

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/02/2014


Fonte:
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=supercondutividade-ligada-desligada-magnetismo&id=010115140218&ebol=sim#.UwkPj86aegZ 

Dependendo da orientação do campo magnético (H), a onda de densidade de spins (setas vermelhas e cinzas) pode se mover em direções diferentes, modulando a supercondutividade. [Imagem: Simon Gerber/PaulScherrer Institute]

Chave magnética para a supercondutividade

A supercondutividade e os campos magnéticos normalmente são vistos como rivais - campos magnéticos muito fortes destroem o estado supercondutor. Isso pelo que se sabia até agora. Um novo estado supercondutor que acaba de ser descoberto na verdade só surge quando o material é submetido a um forte campo magnético externo. Desta forma, a supercondutividade do material pode ser controlada - ligada e desligada - alterando a direção do campo magnético.

O material - uma liga complexa de cério, cobalto e índio (CeCoIn₅) - é supercondutor a temperaturas muito baixas, mas tem sua supercondutividade destruída quando submetido a um campo magnético de 12 Tesla. O que se descobriu agora é que, antes que isso ocorra, surge um segundo estado supercondutor, o que significa que passam a coexistir dois estados supercondutores diferentes no mesmo material.

Simon Gerber e seus colegas do Instituto PaulScherrer, na Suíça, verificaram que o magnetismo faz emergir uma ordem antiferromagnética adicional, isto é, uma parte dos momentos magnéticos - pense neles como ímãs elementares - no material aponta num sentido, enquanto o restante aponta no sentido oposto. A interpretação mais provável para isso é que um novo estado quântico deve estar associado a esta ordem magnética.

“O comportamento observado no material é completamente inesperado e certamente não é um efeito puramente magnético,” explica o professor Michel Kenzelmann, líder da equipe. “Esta é uma clara indicação de que, neste material, o novo estado supercondutor ocorre junto com a onda de densidade de spin, o que também é esperado com base nos argumentos de simetria.”

Embora o novo estado ocorra em condições muito específicas e difíceis de obter, a possibilidade de controlar diretamente estados quânticos - sejam eles quais forem - pode ser importante no campo dos computadores quânticos.

“Ainda que esse material em particular provavelmente não será usado por causa das baixas temperaturas e fortes campos magnéticos necessários, nossos experimentos mostram com o que este tipo de controle pode se parecer,” disse Simon Gerber.

Bibliografia:

Switching of magnetic domains reveals spatially inhomogeneoussuperconductivity. Simon Gerber, Marek Bartkowiak, Jorge L. Gavilano, Eric Ressouche, Nikola Egetenmeyer, Christof Niedermayer, Andrea D. Bianchi, Roman Movshovich, Eric D. Bauer, Joe D. Thompson, Michel Kenzelmann. Nature Physics, Vol.: Published online DOI: 10.1038/nphys2833.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=supercondutividade-ligada-desligada-magnetismo&id=010115140218&ebol=sim#.UwkPj86aegZ