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

Composto tem estranha combinação de propriedades: magnetismo e supercondutividade (coexistence of 3d-ferromagnetism and superconductivity)

 O novo composto é constituído por camadas alternadas de supercondutores (seleneto de ferro) e de ferromagnéticos (hidróxido de ferro e lítio). (Fonte: Dirk Johrendt)

Pesquisadores da Ludwig Maximilians Univiversity (LMU) sintetizaram um composto supercondutor ferromagnético que é passível de modificação química, abrindo o caminho para estudos detalhados sobre essa rara combinação de propriedades físicas.

        Supercondutividade e ferromagnetismo - a forma “normal” do magnetismo, tal como encontrada em ímãs - são como água e óleo: geralmente não andam juntos. Ferromagnetos são magnéticos porque o alinhamento paralelo dos spins de elétrons adjacentes nos átomos de ferro gera um forte campo magnético interno. Quase todos os supercondutores conhecidos, por outro lado, formam pares de elétrons “anti-alinhados” que excluem as linhas do campo magnético a partir de seus interiores. Mas, químicos da LMU descobriram um novo material em que estas duas propriedades podem coexistir.

        “Sintetizamos um novo composto que é um supercondutor ferromagnético”, diz o professor Dirk Johrendt do Departamento de Química. “Este é um avanço importante, que abre novas oportunidades de pesquisa na área”, acrescenta.

Supercondutores ferromagnéticos não são desconhecidos, mas eles são extremamente raros, e quase sempre apresentam as duas propriedades simultaneamente apenas quando são esfriados a temperaturas próximas do zero absoluto (-273 ºC). “O material em camadas que sintetizamos, (Li,Fe)OH(FeSe), tem a vantagem de funcionar em temperaturas mais altas, que são mais fáceis de alcançar e manipular no laboratório”, diz Johrendt.

        O novo composto é constituído por planos alternados supercondutor (seleneto de ferro FeSe) e ferromagnético (hidróxido de ferro e lítio (Li,Fe)OH). Quando o material é resfriado, a resistividade elétrica cai a zero na camada de seleneto de ferro em temperaturas abaixo de -230 ºC, e a supercondutividade emerge. Em temperaturas um pouco mais baixas, os átomos de ferro na camada de (Li,Fe)OH se tornam ferromagnético, mas a supercondutividade persiste.

Em colaboração com físicos da Technical Univ. em Dresden e do Paul Scherrer Institute em Villingen (Suíça), os investigadores demonstraram que o campo magnético gerado pela camada (Li,Fe)OH penetra espontaneamente nas camadas supercondutoras e na ausência de campos aplicados externamente. Este novo estado da matéria é referido como uma fase de vórtice espontânea. As poucas substâncias que exibem este efeito não podem ser facilmente modificadas e requerem temperaturas ultrafrias, tornando difícil uma investigação mais detalhada.

        “Nosso novo composto pela primeira vez nos dá a oportunidade de explorar a influência da modificação química sobre a coexistência de supercondutividade e ferromagnetismo, de modo que logo será possível a realização de estudos mais extensos desse fascinante fenômeno”, conclui Johrendt.

Fonte1: http://www.en.uni-muenchen.de/news/newsarchiv/2014/johrendt_superconductor.html

Fonte2: http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201407756/abstract

Coexistence of 3d-Ferromagnetism and Superconductivity in [(Li_1-xFe_x)OH](Fe_1-yLi_y)Se, Ursula Pachmayr et al., Angewandte Chemie. Article first published online: 7 OCT 2014, DOI: 10.1002/anie.201407756.