Domando os supercondutores com teoria de cordas (Taming Superconductors With String Theory)

Subir Sachdev tem usado a teoria de cordas para prever com precisão o comportamento dos supercondutores. Os resultados deverão ser publicadas na próxima edição da revista Science.

O físico Subir Sachdev usa ferramentas da teoria de cordas para entender o comportamento enigmático dos supercondutores. A teoria de cordas foi concebida como uma forma de unir as leis da mecânica quântica com a gravidade, visando criar a badalada “teoria de tudo”.

Por três décadas, os físicos têm sido incapazes de desenvolver uma teoria abrangente que explica como se comporta os elétrons em supercondutores de alta temperatura. Nestes materiais, os físicos procuram uma forma de impor a ordem coletiva sobre o comportamento dos elétrons.

Em 2007, Sachdev teve uma perspectiva surpreendente: ele percebeu que certas características da teoria de cordas correspondem à ‘sopa’ de elétrons encontrada em supercondutores de alta temperatura. Nos anos seguintes, Sachdev desenvolveu modelos da teoria de cordas que oferecem maneiras de investigar o comportamento dos elétrons em supercondutores de alta temperatura. Ele usou essas idéias para desenvolver experimentos em materiais como o grafeno. Agora, ele espera aplicar seus conhecimentos em supercondutores de alta temperatura.

Abaixo, segue uma entrevista de Sachdev para a Quanta Magazine. 

 
QUANTA MAGAZINE: O que acontece dentro de um supercondutor de alta temperatura?

Sachdev: A diferença entre materiais antigos e os novos materiais é que em materiais mais antigos, os elétrons conduzem eletricidade independentes um do outro. Eles obedecem ao princípio da exclusão, pelo qual elétrons não podem ocupar o mesmo estado quântico ao mesmo tempo e que se movem independentemente um do outro. Nos novos materiais, este modelo de elétrons independente falha. Eles se movem de forma cooperativa e suas propriedades quânticas estão conectadas.

Este entrelaçamento torna os supercondutores de alta temperatura muito mais complicados do que os supercondutores convencionais. Como você tem encarado o problema?

Geralmente eu abordo através da classificação das fases quânticas da matéria. Exemplos de fases quânticas simples são metais simples, como prata e ouro, ou isolantes simples como diamantes. Muitas dessas fases são bem compreendidas e aparecem em todos os lugares em nossa vida diária. Desde a descoberta dos supercondutores de alta temperatura, e muitos outros novos materiais, temos tentado compreender as outras propriedades físicas que podem surgir quando você tem trilhões de elétrons obedecendo princípios quânticos e também interagindo uns com os outros. Minha esperança é que o amplo ataque à classificação das fases quânticas da matéria levará a uma compreensão mais profunda dos supercondutores de alta temperatura.

Quão longe você foi?

Tem havido um grande progresso na compreensão da teoria das transições de fase quânticas, que envolve tomar duas fases quânticas da matéria que são muito diferentes entre si e ajustar alguns parâmetros - por exemplo, a pressão sobre um cristal - e verificar o que acontece quando o material vai de uma fase à outra. Tem havido uma enorme quantidade de progresso para uma ampla classe de transições de fase quânticas. Compreendemos agora muitos tipos diferentes de fases que não sabíamos que existiam.

 
Mas uma teoria completa de como os elétrons se comportam em supercondutores de alta temperatura têm sido difícil de desenvolver. Por quê?

Se você tem um único elétron se movendo através de uma rede, então só precisa se preocupar com as diferentes posições que o elétron pode ocupar. Mesmo que o número de posições seja grande, é algo que você pode simular em um computador. Mas quando você trabalha com muitos elétrons, deve raciocinar de maneira muito diferente. Uma forma de lidar com isso é imaginar que cada sítio da rede pode estar vazio ou cheio. Como N sítios corresponde a 2^N, então as possibilidades são inimaginavelmente grandes. Nesse vasto conjunto de possibilidades, você deve classificar o que são coisas razoáveis ​​que um elétron tende a fazer. Em poucas palavras, é por isso que é um problema difícil.

 
Voltando às transições de fase, você passou muito tempo estudando o que acontece com um supercondutor de alta temperatura quando é aquecido. Neste ponto, ele se torna um “metal estranho.” Por que a compreensão de metais estranhos ajuda a entender supercondutores de alta temperatura?

Se você aumentar a temperatura de um material que se encontra no estado supercondutor, em algum momento a supercondutividade desaparece. Logo acima desta temperatura você observa um tipo de metal que chamamos de metal estranho, porque muitas de suas propriedades são diferentes de metais comuns. Agora imagine o caminho inverso, de modo que a fase de um sistema está mudando do estado ‘metal-estranho’ para o estado supercondutor. Se nós estamos determinando a temperatura em que isso acontece, precisamos comparar as energias dos estados quânticos em ambos os lados da temperatura crítica. Mas metais estranhos parecem estranhos em todos os aspectos, e nós temos apenas os modelos mais simples para as suas propriedades físicas.

 
O que torna os metais estranhos tão diferentes de outras fases quânticas?

Em certas fases, excitações (quânticas) geralmente se comportam como novas partículas emergentes. Elas são quasepartículas. Sua estrutura interna é muito complicada, mas do lado de fora elas se parecem com partículas comuns. A teoria da quasepartícula de muitos corpos se aplica praticamente a todos os estados que descobrimos nos materiais mais antigos. Metais estranhos são um dos casos mais proeminentes onde a teoria da quasepartícula falha. É por isso que é muito mais difícil estudá-los, porque esta ferramenta básica da teoria de muitos corpos não se aplica.

 
Você teve a ideia de que a teoria de cordas poderia ser útil na compreensão de fases quânticas que careciam das quasepartículas, como metais estranhos. Como a teoria de cordas é útil neste cenário?

Do meu ponto de vista, a teoria de cordas foi outra ferramenta matemática poderosa para entender um grande número de partículas quanticamente emaranhadas. Em particular, há certas fases da teoria de cordas em que você pode imaginar que as extremidades das cordas estão aderindo a uma superfície. Se você é uma formiga em movimento na superfície, você só vê as extremidades da corda. Para você, estas extremidades parecem partículas, mas realmente as partículas são conectados por uma corda que vai até uma dimensão extra. Para você, estas partículas que estão na superfície aparecerão emaranhadas, e é a corda na dimensão extra que está emaranhando as partículas. É uma maneira diferente de descrever emaranhamento.

Agora, você pode imaginar esse processo continuando não apenas com dois elétrons, mas com quatro, seis, muitos elétrons, em busca dos diferentes estados emaranhados que os elétrons podem formar. Isto está intimamente ligado com a classificação das fases da matéria. É uma descrição hierárquica de entrelaçamento, em que cada elétron encontra um parceiro, e, em seguida, os pares se emaranham com outros pares, e assim por diante. Você pode construir essa estrutura hierárquica utilizando a descrição de cordas. Por isso, é uma abordagem para falar sobre o emaranhamento de trilhões de elétrons.

Esta aplicação da teoria de cordas a metais estranhos tem algumas implicações interessantes. Por exemplo, ela levou a descrever conexões entre metais estranhos e as propriedades dos buracos negros. Como você vai de um para o outro?

No quadro geral da teoria de cordas, [alterar a densidade de elétrons] corresponde a colocar uma carga em um buraco negro. Muitas pessoas têm estudado isso nos últimos cinco anos ou mais - tentando compreender coisas sobre metais estranhos a partir das propriedades dos buracos negros carregados. Eu tenho um artigo recente em que eu encontrei um determinado modelo artificial de elétrons movendo-se em uma estrutura onde muitas propriedades correspondem precisamente às propriedades dos buracos negros carregados.

Eu li que Philip Anderson, considerado por muitos o físico mais influente da matéria condensada, é cético de que a teoria de cordas é realmente útil para entender metais estranhos. Você sabe se isso é verdade?

Eu acho que é verdade. Ele me disse que não acredita em nada disso, mas, você sabe, o que eu posso dizer, ele é um homem brilhante com seu próprio ponto de vista. Eu diria que quando propomos a ideia em 2007, ela certamente parecia loucura. Um grande progresso foi feito desde então. Eu tenho um novo artigo com Philip Kim e outros onde verifica-se que com o grafeno, que é um metal ligeiramente menos estranho, muitos dos métodos inspirados pela teoria de cordas levaram a previsões quantitativas que foram verificadas por meio de experimentos.

Eu acho que foi um dos melhores sucessos da teoria de cordas até o momento. Ela literalmente funciona, você pode obter os números corretos. Mas o grafeno é um sistema simples, e ainda não foi comprovado se esses métodos vão funcionar para supercondutores de alta temperatura.

Você poderia dizer mais sobre o por quê Anderson é cético em relação a abordagem que você adotou?

Se você olhar para os modelos da teoria de cordas, na superfície têm um aspecto muito diferente dos tipos de modelos que você precisa para supercondutores de alta temperatura. Você olha para os modelos de cordas e seus constituintes, e parece absurdo que estes estejam ligados aos constituintes dos supercondutores de alta temperatura. Mas se você tomar o ponto de vista que, ok, eu não estou dizendo literalmente que este modelo será encontrado em [supercondutores de alta temperatura], este é apenas um modelo que me ajuda a fazer progressos em questões difíceis, tipo como materiais sem quasepartículas se comportam, a teoria de cordas fornece exemplos de um desses materiais que é confiavelmente solucionável.

 
Como literalmente você está usando a teoria de cordas? É uma aplicação direta, ou você está se inspirando nela?

É mais inspiração. Uma vez que você resolve o modelo, ele fornece um monte de insights sobre outros modelos que você pode não ser capaz de resolver. Depois de seis ou sete anos trabalhando próximo da teoria de cordas, aprendemos bastante. Para nós, o próximo passo parece estar funcionando em sistemas mais realistas usando a inspiração que recebemos dos modelos mais solucionáveis.

Como podem os modelos da teoria de cordas, além do trabalho com o grafeno, colocá-lo em posição de compreender as propriedades de supercondutores de alta temperatura?

Quando você muda a densidade de elétrons em supercondutores de alta temperatura, há uma mudança muito mais dramática na qual os elétrons vão de um regime onde apenas alguns elétrons parecem se mover para outro em que todos os elétrons se movem. Estamos entendendo que há um ponto especial chamado a densidade ideal onde parece haver uma mudança dramática no estado quântico dos elétrons. E bem perto deste ponto é onde também se observa o metal estranho. Nós estamos tentando trabalhar fora das teorias microscópicas deste ponto especial onde o estado quântico muda, e modelos de corda podem nos ensinar muito sobre esses pontos quânticos críticos. Uma vez que tivermos o quadro completo, estamos esperançosos e otimistas de que podemos obter muitos insights do grafeno e aplicá-los a este modelo mais complicado. É onde estamos.

Fonte: https://www.quantamagazine.org/20160121-superconductors-and-string-theory/

Determinando a temperatura crítica de um supercondutor de alta temperatura (Determining the Superconducting Transition Temperature of High Temperature Superconductor Tape)

Os detalhes de um experimento para medir a temperatura crítica (T_C) de supercondutores são fornecidos neste artigo. Para o experimento, o sistema criogênico OptistatDry da Oxford Instruments foi equipado com uma opção de amostra desmontável e integrado com um amplificador de frequência média da Zurique Instruments. O experimento demonstrou que a plataforma criogênica exibe adaptabilidade, controlabilidade e capacidade para resolver pequenos sinais enquanto evita o ruído de fundo.

O arranjo experimental é mostrado na figura 1 a seguir.

Figura 1. Setup do amplificador MFLI e do criostato OptistatDry.

Um suporte de cobre foi usado para montar a fita de 500 milímetros de YBCO (Figura 2).

Figura 2. Bobina de YBCO montada sobre o disco de amostra

Derivações de tensão foram aplicadas sobre a fita. Terminais de alimentação foram adicionados na extremidade da fita para passar a corrente de excitação. Um sensor e um aquecedor foram montados no disco da amostra.

     O controle MercuryiTC do sistema permite varreduras simultâneas do trocador de calor e temperaturas da amostra em taxas específicas que são escolhidas pelo usuário. A varredura da temperatura foi realizada em 0.1, 0.05 e 0.01 K/min sobre a região de transição, a fim de obter a temperatura de transição supercondutora do YBCO. O MFLI desempenhou um papel duplo neste experimento. Foi um gerador de função de baixa distorção e um amplificador que recuperou pequenas respostas demoduladas. O sinal de entrada foi monitorado em tempo real com a ajuda do MFLI.

Embora o sistema OptistatDry seja personalizado para lidar com pequenas amostras, o dispositivo pode ser estendido para trabalhar com amostras maiores. Como a Figura 3 mostra, a transição supercondutora (Tc) ocorre ao longo de um intervalo de temperatura devido ao gradiente de temperatura que existe entre a bobina de YBCO relativamente grande (diâmetro de 40 milímetros). A estrutura granular do YBCO é exposta pelas varreduras rápidas de temperatura. Quando a temperatura de loop do YBCO aumenta, os domínios parecem mudar seu estado em grupos de avalanche.

Figura 3. Propagação do estado supercondutor através do YBCO quando a amostra é aquecida a diferentes taxas de aquecimento. A menor tensão de excitação aplicad foi pela 100 mK/min.

Para obter mais controle e resolução da transição, uma varredura gradual da temperatura é necessária, que pode ser feita com exatidão e precisão pelo controlador MercuryiTC.

     Determinar a Tc de um material usando o método de medição de 4 fios não é ideal, mas o experimento teve como objetivo ilustrar as características de adaptabilidade e de medição do OptistatDry integrado ao sistema MFLI. Uma vez que teria sido um desafio resolver os pequenos sinais com uma técnica resistividade DC, uma técnica CA com um amplificador MFLI foi usada em vez disso. Esta técnica foi capaz de chegar a uma base de ruído de aproximadamente 12μV. Uma frequência de medida ideal de 117 Hz foi escolhida de forma a minimizar componentes harmônicas mais altas e evitar qualquer grande mudança de fase entre os sinais de excitação e de medição. A distorção harmônica e a entrada MFLI pode ser medida simultaneamente usando um multi-demodulador. Este arranjo permitiu o uso do mesmo método de medição para determinar se a corrente de excitação através da amostra de YBCO foi 104  mA a uma temperatura de 91 K. A resistividade estado normal da fita de comprimento foi 3x10^-8 Ωm.

     O experimento demonstrou a transição supercondutora do YBCO em diferentes taxas de aquecimento. Medições diferenciais de várias propriedades físicas podem ser realizadas num amplo intervalo de temperaturas e a modulação de condução com base na configuração criogênica e instrumentação. Em adição, multi-desmodulador e informação de fase em frequências harmônicas superiores ou múltiplas pode ser obtida simultaneamente, sem alterar qualquer hardware. Isso permite maior flexibilidade em projetar experimentos de baixa temperatura.

Fonte:http://www.azonano.com/article.aspx?ArticleID=4154

Pesquisadores descobrem uma nova dimensão na supercondutividade de alta temperatura (Researchers discover a new dimension to high-temperature superconductivity)

Nesta representação artística, um pulso magnético (direita) e de raios-X de luz laser (à esquerda) convergem para um supercondutor de alta temperatura para estudar o comportamento de seus elétrons. (SLAC National Accelerator Laboratory)

Pesquisadores do Departamento de Energia dos EUA e do SLAC National Accelerator Laboratory combinando poderosos pulsos magnéticos com alguns dos mais brilhantes raios-x do planeta, descobriram um surpreendente arranjo 3-D de elétrons em um supercondutor de alta temperatura.

       Esta reviravolta inesperada é um marco importante na jornada de 30 anos para entender melhor como materiais supercondutores de alta temperatura conduzem eletricidade sem resistência a temperaturas centenas de graus centígrados acima dos supercondutores convencionais.

       O estudo também resolve uma aparente incompatibilidade em dados experimentais e traz um novo rumo para o completo mapeamento do comportamento dos elétrons sob diferentes condições nestes materiais exóticos. Os pesquisadores têm um objetivo final de ajudar na concepção e desenvolvimento de novos supercondutores que funcionam em temperaturas mais quentes.

Física “Totalmente inesperada”

“Isso foi totalmente inesperado, e também muito emocionante. Este experimento identificou um novo ingrediente a considerar neste campo de estudo. Ninguém tinha visto esta imagem 3-D antes”, disse Jun-Sik Lee, um cientista do SLAC e um dos líderes do experimento. “Este é um passo importante na compreensão da física dos supercondutores de alta temperatura”.

A nova onda de supercondutividade

O efeito 3-D que os cientistas observaram em um material supercondutor conhecido como YBCO (óxido de ítrio, bário e cobre), é um tipo recentemente descoberto de “onda densidade de carga” (charge density wave). Esta onda não tem o movimento de oscilação de uma onda de luz ou uma onda sonora; ela descreve um arranjo estático e ordenado de aglomerados de elétrons em um material supercondutor. Sua coexistência com a supercondutividade é desconcertante para os pesquisadores porque parece entrar em conflito com os pares de elétrons que se movem livremente que definem a supercondutividade.

       A versão 2-D dessa onda foi vista pela primeira vez em 2012 e tem sido estudada extensivamente. O recente experimento LCLS revelou uma versão separada 3-D que aparece mais forte do que a forma 2-D e intimamente ligada tanto ao comportamento 2-D como com a supercondutividade do material.

       O experimento levou vários anos para ser feito e exigiu a experiência internacional para preparar amostras especializadas e construir um poderoso ímã que produziu pulsos magnéticos compactados de milésimos de segundo. Cada pulso era 10-20 vezes mais forte do que aqueles em uma típica máquina de ressonância magnética.

A poderosa combinação de magnetismo e luz

Esses pulsos magnéticos curtos e intensos suprimiram a supercondutividade nas amostras de YBCO e forneceu uma visão mais clara dos efeitos da onda de densidade de carga. Eles foram imediatamente seguidos em intervalos precisamente cronometrados por pulsos de laser de raios-x, o que permitiu aos cientistas medir os efeitos de onda.

“Esta experiência é uma maneira completamente nova de usar o LCLS que abre a porta para uma nova classe de experimentos futuros”, disse Mike Dunne, diretor do LCLS.

       “Eu estava animado com este experimento há muito tempo”, disse Steven Kivelson, um professor de física da Universidade de Stanford que contribuiu para o estudo e tem pesquisado supercondutores de alta temperatura desde 1987.

       Kivelson disse que o experimento estabelece limites muito claros sobre a temperatura e a intensidade do campo magnético no qual o efeito 3-D recém-observado emerge. “Não há nada vago sobre isso”, disse ele. “Você agora pode fazer uma declaração definitiva: Neste material existe uma nova fase”.

       O experimento também acrescenta peso à evidência crescente de que ondas de densidade de carga e supercondutividade “podem ​​ser pensados como dois lados da mesma moeda”, acrescentou.

Em busca de links comuns

Mas também está claro que o YBCO é incrivelmente complexo, e um mapa mais completo de todas as suas propriedades é necessário para chegar a qualquer conclusão sobre o que mais importa para a sua supercondutividade, disse Simon Gerber e Hoyoung Jang, principais autores do estudo.

       Experimentos adicionais são necessários para fornecer uma visualização detalhada do efeito 3-D, e para saber se o efeito é universal em todos os tipos de supercondutores de alta temperatura, disse Wei-Sheng Lee, que contribuiu com o estudo. “As propriedades deste material são muito mais ricas do que pensávamos”, disse Lee. “Continuamos a fazer novas e surpreendentes observações à medida que desenvolvemos novas ferramentas experimentais”, acrescentou Zhu.

Fonte1: https://www6.slac.stanford.edu/news/2015-11-05-researchers-discover-new-dimension-high-temperature-superconductivity.aspx

Fonte2: http://www.sciencemag.org/content/350/6263/949.abstract

O supercondutor que funciona na temperatura da Terra (The Superconductor That Works at Earth Temperature)

Pesquisadores descobriram um material que superconduz numa temperatura significativamente mais quente do que o ambiente mais frio da terra. Isso deve inaugurar uma nova era de pesquisa em supercondutividade.

       No ano passado, Mikhail Eremets e colaboradores fizeram uma afirmação extraordinária que o sulfeto de hidrogênio (H₂S) superconduz à temperatura de -70 °C. Isso é cerca de 20 graus mais quente do que qualquer outro material já descoberto. Na época, os físicos foram cautelosos sobre o trabalho. A história da supercondutividade está repleta de afirmações dúbias de atividade de alta temperatura que mais tarde acabam por ser impossível de reproduzir. Nos meses seguintes, Eremets e colaboradores trabalharam duro para reunir as peças finais de provas conclusivas.

Existem essencialmente três características que os físicos procuram como prova de que um material é um supercondutor convencional. A primeira é uma súbita queda na resistência elétrica, quando o material é arrefecido abaixo de sua temperatura crítica. A segunda é a expulsão dos campos magnéticos de dentro do material, um fenômeno conhecido como efeito Meissner. A terceira é uma mudança na temperatura crítica quando átomos do material são substituídos por isótopos. Isso porque a diferença de massa isotópica faz com que a estrutura vibre de forma diferente, o que muda a temperatura crítica.

       Mas há outro tipo de supercondutividade que é muito menos compreendida. Trata-se de certas cerâmicas descobertas na década de 1980 que superconduzem à temperaturas de cerca de -110 °C, denominadas high-T_C (alta temperatura crítica). Ninguém sabe exatamente como isso funciona, mas grande parte da pesquisa científica atual em supercondutividade tem incidido sobre estes materiais exóticos.

       Os trabalhos de Eremets e colaboradores talvez mudem isso. A maior surpresa sobre sua descoberta é que ela não envolve um supercondutor de alta temperatura. Em vez disso, o H₂S é um supercondutor convencional do tipo que nunca tinha sido visto trabalhando a temperaturas superiores a 40 K. Eremets e sua equipe submeteram o material a pressões extremamente elevadas, equivalentes àquelas do centro da Terra. Ao mesmo tempo, eles conseguiram encontrar evidências de todas as características importantes da supercondutividade.

       Enquanto o trabalho experimental avança, os teóricos coçam a cabeça para explicar isso. Muitos físicos acreditavam que havia alguma razão teórica para supercondutores convencionais não funcionarem acima de 40 K. Mas, na verdade, não há nada na teoria que impede a supercondutividade a temperaturas mais elevadas.

       De fato, na década de 1960, o físico britânico Neil Ashcroft previu que o hidrogênio seria supercondutor a altas temperaturas em pressões elevadas, talvez até mesmo à temperatura ambiente. Sua ideia era que o hidrogênio é tão leve que deve constituir uma estrutura capaz de vibrar em frequências muito elevadas e, portanto, de supercondutores a altas temperaturas e altas pressões.

       A descoberta de Eremets parece ser uma demonstração dessa ideia. Ou, pelo menos, algo parecido. Existem numerosos aspectos teóricos que precisam ser resolvidos antes de os físicos afirmarem que possuem uma compreensão adequada do que está acontecendo. Este trabalho teórico está em curso.

       Agora, a corrida é para encontrar outros supercondutores que funcionem a temperaturas ainda mais elevadas. Um candidato promissor é o H₃S. E, claro, os físicos estão começando a pensar sobre as aplicações. Existem inúmeros desafios na exploração deste material, não menos importante, porque ele existe em forma supercondutora apenas em pequenas amostras dentro de bigornas em alta pressão. Mas isso não impediu as especulações. “Esta descoberta é relevante não só na ciência dos materiais e matéria condensada, mas também em outras áreas que vão desde computação quântica à física quântica da matéria viva”, dizem Bianconi e Jarlborg.

Fonte1: http://www.technologyreview.com/view/542856/the-superconductor-that-works-at-earth-temperature/

Fonte2: arxiv.org/abs/1510.05264

Supercondutor quente detona recorde de temperatura

Redação do Site Inovação Tecnológica -  19/08/2015

O aparelho usado no experimento é incrivelmente simples: a pressão extrema é conseguida apertando-se os parafusos da bigorna, enquanto a amostra estudada fica comprimida entre dois diamantes superpolidos. [Imagem: Thomas Hartmann/MPIC]

Supercondutor quente

Em alguns campos, pesquisas exaustivas parecem se arrastar por anos sem que nada de muito significativo, ou realmente radical, apareça.

Até que, de repente, tudo parece acontecer ao mesmo tempo, com novidades a todo instante, pulando como pipocas da panela.

É o que está acontecendo agora no campo da supercondutividade.

Há poucos dias, uma equipe dos EUA e da China chegou muito próximo de demonstrar a supercondutividade a temperatura ambiente, graças à sintetização do estaneno, uma folha monoatômica de estanho.

Agora, uma equipe alemã, trabalhando em uma frente completamente diferente, descobriu como fazer que um material comum e malcheiroso superconduza a apenas -70º C - alguns até poderiam argumentar que isto já é temperatura ambiente, ainda que na Antártica.

O recorde anterior para um “supercondutor de alta temperatura” era -110º C, mas sempre envolvendo cerâmicas complexas, difíceis de obter e caracterizar, o que tem feito com que muitos comecem a duvidar das atuais teorias que tentam explicar a supercondutividade. Para a “supercondutividade convencional”, com materiais não complexos, o recorde de temperatura continuava na casa dos -234º C.

Gás vira metal, que vira supercondutor

Alexander Drozdov e Mikhail Eremets, do Instituto Max Planck de Química, na Alemanha, trabalharam com um material simples e muito comum, o sulfeto de hidrogênio (H₂S), o gás responsável pelo malcheiro dos ovos podres.

Eles comprimiram o gás em uma bigorna de diamante até 1,6 milhão de vezes a pressão atmosférica, o suficiente para vê-lo transformar-se em um metal, e viram sua resistência à passagem da corrente elétrica desaparecer a meros 203,5 K, cerca de -70º C.

Os químicos acreditam que a passagem do H₂S para H₃S é crucial para o surgimento da supercondutividade. [Imagem: Defang Duan et al. - 10.1038/srep06968]

Supercondutores a temperatura ambiente

O experimento gerou uma nova onda de entusiasmo na comunidade científica em busca da supercondutividade a temperatura ambiente, sobretudo porque, há menos de um ano, um grupo de físicos chineses desenvolveu um novo modelo teórico que previa que o H₂S poderia se tornar supercondutor a até -69º C quando, sob alta pressão, ele sofre uma transição para H₃S.

E, neste campo, novos entendimentos sobre qual seria o gatilho que dispara a supercondutividade podem levar à busca por outros compostos que possam apresentar o mesmo comportamento em temperaturas cada vez mais altas.

“Não há limite teórico para a temperatura de transição dos supercondutores convencionais, e nossos experimentos dão-nos razões para termos esperança de que a supercondutividade pode até mesmo ocorrer a temperatura ambiente”, disse Eremets.

Enquanto os teóricos se debatem com os modelos e a interpretação dos novos dados, os experimentalistas vão continuar comprimindo outros materiais isolantes em busca de materiais que se livrem da resistência elétrica a temperaturas cada vez mais distantes da Antártica, rumo ao Equador, indicando que novas pipocas poderão pular da panela nos próximos meses.

Bibliografia:

Conventional superconductivity at 203 kelvin at high pressures in the sulfur hydride system. Alexander P. Drozdov, Mikhail I. Eremets, I. A. Troyan, V. Ksenofontov, S. I. Shylin, Nature Physics. Vol.: Published online DOI: 10.1038/nature14964.

Pressure-induced metallization of dense (H₂S)₂H₂ with high-Tc superconductivity. Defang Duan, Yunxian Liu, Fubo Tian, Da Li, Xiaoli Huang, Zhonglong Zhao, Hongyu Yu, Bingbing Liu, Wenjing Tian, Tian Cui. Nature Scientific Reports Vol.: 4, Article number: 6968. DOI: 10.1038/srep06968.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=supercondutor-quente&id=010115150819#.VdTns7JViko

Estaneno: A um passo da supercondutividade a temperatura ambiente

Redação do Site Inovação Tecnológica -  06/08/2015

O estaneno é um isolante topológico, um tipo de material no qual os elétrons comportam-se de forma diferente quando se movem no interior ou nas bordas do material. [Imagem: Feng-feng Zhu et al. - 10.1038/nmat4384]

Supercondutor quente

Os físicos acreditam estar a um passo de comprovar a previsão teórica da existência de um material supercondutor a temperatura ambiente.

Há dois anos, uma equipe das universidades Tsinghua (China) e Stanford (EUA) previu a existência do estaneno, uma folha de estanho com um único átomo de espessura - assim como o grafeno é uma folha monoatômica de carbono.

Embora já se saiba que o grafeno foi apenas o começo nesse reino emergente de materiais monoatômicos, o que causou alvoroço é que os cálculos teóricos indicam que o estaneno será um supercondutor a temperatura ambiente.

Os supercondutores, materiais que conduzem eletricidade sem perdas, já têm muitos usos, mas precisam de temperaturas criogênicas para atingir o estado de resistência elétrica zero, o que inibe seu uso na maioria das aplicações.

Estaneno real

Agora, o grupo conseguiu pela primeira vez sintetizar o estaneno em laboratório. Eles criaram um vapor de estanho em um ambiente de vácuo e deixaram que os átomos se depositassem sobre um substrato, comprovando que o elemento realmente se cristaliza na forma prevista, formando o tão esperado estaneno.

O problema é que a deposição até agora só funcionou bem em uma placa de telureto de bismuto, um material que interfere com o estaneno, impedindo que a amostra fosse utilizada para comprovar a supercondutividade.

A equipe, assim como vários outros grupos ao redor do mundo, continuam em busca de uma forma mais simples e mais robusta de produzir o material, que eles acreditam funcionar como um isolante topológico, um tipo de material no qual os elétrons comportam-se de forma diferente quando se movem no interior ou nas bordas do material.

Em um isolante topológico, os portadores de carga, como os elétrons, viajam em uma direção que é dependente do seu spin. A corrente elétrica não é dissipada porque a maioria das impurezas não afeta o spin, não retardando os elétrons, advindo assim a supercondutividade.

Bibliografia

Epitaxial growth of two-dimensional stanene
Feng-feng Zhu, Wei-jiong Chen, Yong Xu, Chun-lei Gao, Dan-dan Guan, Can-hua Liu, Dong Qian, Shou-Cheng Zhang, Jin-feng Jia, Nature Materials, Vol.: Published online. DOI: 10.1038/nmat4384

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=estaneno-supercondutividade-temperatura-ambiente&id=010165150806&ebol=sim#.VcenGvnWGY9