Representação de uma rede cristalina do rutenato de
estrôncio (Sr2RuO4) respondendo a várias ondas sonoras enviadas
através da espectroscopia de ultrassom ressonante à medida que o material
esfria através de sua transição supercondutora em 1,4 K. A deformação destacada
sugere que o material pode ser um novo tipo de supercondutor. Crédito: Universidade de Cornell
Até
agora, a história dos materiais supercondutores tem sido um conto de dois
tipos: onda-s e onda-d. Agora, pesquisadores da Universidade
de Cornell descobriram um
possível terceiro tipo: onda-g.
Elétrons
em supercondutores se movem juntos no que são conhecidos como pares Cooper.
Esse "emparelhamento" dota os supercondutores com sua propriedade
mais famosa — ausência de resistência elétrica — porque, para gerar
resistência, os pares Cooper devem ser quebrados, e isso requer energia.
Em
supercondutores de onda-s — geralmente materiais convencionais como chumbo, estanho e mercúrio — os pares de Cooper são feitos de um
elétron apontando numa direção e outro apontando na direção oposta, ambos
movendo-se sem nenhum momento angular líquido. Nas últimas décadas, uma nova
classe de materiais exóticos exibiu o que é chamado de supercondutividade de
onda-d, pelo qual os pares de Cooper têm dois quanta de momento angular.
Os
físicos teorizaram a existência de um terceiro tipo de supercondutor entre
esses dois: um supercondutor de onda-p, com um quanta de momento angular e os
elétrons emparelhados com spins paralelos em vez de opostos. Este supercondutor
seria um grande avanço para a computação quântica porque pode ser usado para
criar férmions de Majorana, uma partícula única que é sua própria
antipartícula.
Por mais
de 20 anos, um dos principais candidatos a um supercondutor de onda-p tem sido
o rutenato de estrôncio (Sr2RuO4), embora pesquisas
recentes tenham fragilizado essa ideia.
Usando
espectroscopia de ultrassom ressonante de alta resolução, Ramshaw e sua
equipe descobriram que o material é potencialmente um tipo totalmente novo de
supercondutor: onda-g.
Como nos projetos
anteriores, os pesquisadores usaram espectroscopia de ressonância ultrassônica
para estudar as propriedades de simetria da supercondutividade em um cristal de
rutenato. No entanto, ao contrário das tentativas anteriores, encontraram um
problema significativo ao tentar realizar o experimento.
Resfriar o ultrassom ressonante a 1 K é difícil, e tivemos
que construir um aparelho completamente novo para conseguir isso, disse Ghosh.
Com sua
nova configuração, a equipe de Cornell
mediu a resposta das constantes elásticas do cristal - essencialmente a
velocidade do som no material - a uma variedade de ondas sonoras à medida que o
material esfriava através de sua transição supercondutor a 1,4 K.
Esse é de longe os dados de espectroscopia de ultrassom
ressonante de maior precisão já tomados a essas baixas temperaturas, disse Ramshaw.
Com base
nos dados, eles determinaram que o rutenato de estrôncio é o que é chamado de
supercondutor de dois componentes, o que significa que a forma como os elétrons
se unem é tão complexa, que não pode ser descrita por um único número, ele
precisa de uma direção também.
Estudos
anteriores haviam usado espectroscopia de ressonância magnética nuclear (RMN)
para reduzir as possibilidades de que tipo de material de onda poderia ser,
eliminando efetivamente a onda-p como opção.
Ao
determinar que o material era de dois componentes, a equipe de Ramshaw não só
confirmou essas descobertas, mas também mostrou que o rutenato de estrôncio não
era um supercondutor convencional de onda-s ou -d.
Mesmo que você não possa identificar todos os detalhes
microscópicos com o ultrassom ressonante, você pode fazer declarações amplas
sobre quais são descartadas,
disse Ramshaw. Então, as únicas coisas com as quais os
experimentos são consistentes são essas coisas muito, muito estranhas que
ninguém nunca viu antes. Uma delas é a onda-g, que significa momento angular 4.
Ninguém nunca pensou que haveria um supercondutor onda-g.
Agora,
os pesquisadores podem usar a técnica para examinar outros materiais para
descobrir se são potenciais candidatos a onda-p. No entanto, o trabalho sobre o
rutenato de estrôncio não está concluído.
Esse material é extremamente bem estudado em muitos contextos
diferentes, não apenas por sua supercondutividade, disse Ramshaw. Entendemos que tipo de metal é, por que é um metal, como ele
se comporta quando você muda de temperatura, como ele se comporta quando você
muda o campo magnético. Então você deve ser capaz de construir uma teoria de
por que se torna um supercondutor melhor aqui do que em qualquer outro lugar.
Mais informações:
DOI:
10.1038/s41567-020-1032-4,
www.nature.com/articles/s41567-020-1032-4
Fonte: https://phys.org/news/2020-09-superconductor.html
