Esta imagem mostra a resistência diferencial.
Um grupo internacional de físicos, incluindo Aleksander Golubov,
chefe do Laboratório
de Fenômenos Quânticos Topológicos em Supercondutores, recentemente
apresentou os resultados de um novo fenômeno. Os resultados podem ajudar os
cientistas na criação de um novo tipo de transição isolante-condutor.
Pesquisadores realizaram
uma série de experimentos com isolantes de Mott. Estes materiais, de acordo com
a teoria de bandas, devem ser condutores, mas na prática são dielétricos
(isolantes). Em termos gerais, o mecanismo por trás dessa anomalia é conhecido
por físicos, embora uma teoria completa para isolantes de Mott ainda não
existe. Eles não entendem completamente como os materiais se transformam de
isolantes em condutores.
Ao mesmo tempo, as
estimativas preliminares indicam que este efeito é capaz de abrir um novo
caminho para computadores mais rápidos. A transição ocorre sob a influência de
vários fatores, incluindo um campo magnético, o que permite que seja controlado
a partir do exterior. Isto torna possível aos investigadores permitir o fluxo de
corrente ou interrompê-lo num ponto necessário. Tal esquema pode substituir
transistores comuns e, neste caso, torná-los mais rápidos e mais compactos.
Mas, para isso, os cientistas devem utilizar a teoria da transição de Mott.
A teoria pertence às
concepções fundamentais que explicam as propriedades elétricas de uma
substância. Ela tem uma relação direta não somente com o comportamento isolante
de Mott, mas também com a supercondutividade e os fundamentos da spintrônica,
uma tecnologia que pode permitir o controle do spin do elétron.
Supercondutividade e spintrônica estão entre essas tendências, onde se pode
esperar avanços tecnológicos radicais, o que torna o entendimento da natureza
da transição de Mott tão importante - e não apenas um ponto de vista puramente
teórico.
Em sua nova pesquisa,
os físicos usaram um modelo especial que lhes permitiu estudar processos
quânticos no isolante de Mott com a ajuda dos chamados vórtices magnéticos.
Neste modelo proposto por Valery
Vinokur e David
Nelson em 1993, a corrente elétrica aciona um vórtice quântico em um
material supercondutor, e pode-se considerar tal vórtice o portador de carga.
Neste ponto, o que é mais significativo e sobre o qual Vinokur e Nelson
escreveram ao discutir transições de fase, o supercondutor com vórtices se
comportou como qualquer líquido superfluido ou como o vidro, através do qual a
corrente elétrica não pode passar. Variando a temperatura e o campo magnético,
os cientistas converteram a amostra de um estado para outro, e estas
observações, juntamente com o conjunto de dados mais recentes foram usadas como
uma base para a nova pesquisa.
Esta imagem mostra a matriz feita a partir de ilhas de nióbio
usada nas experiências, e o relevo da seção transversal, bem como uma vista
geral (C) no microscópio óptico.
Para a nova experiência,
os cientistas criaram uma matriz quadrangular de ilhas de nióbio com diâmetro
de cerca de 220 nanômetros sobre silício. Eles construíram a amostra usando
métodos padrão de litografia, e, em seguida, colocaram em um criostato resfriando
para 1,4 K, o que é inferior à temperatura de transição supercondutora do nióbio. As ilhas de nióbio tornaram-se supercondutoras, vórtices
magnéticos se formaram nelas, e os investigadores analisaram o
comportamento do sistema em diferentes condições.
Em particular, eles
mediram a resistência da amostra e descobriram que esta quantidade se
transforma de forma não linear com um campo magnético crescente. De um ponto de
vista teórico, os resultados sugerem que se pode ver a transição de Mott como
a transição de uma substância de um estado líquido a um gás, o que abre
oportunidades adicionais para analisar o fenômeno a partir da perspectiva da
termodinâmica. O esquema experimental desenvolvido pelos cientistas torna as experiências
relativamente simples, porque eles têm uma quantidade suficiente de métodos de litografia
e temperaturas comparáveis com a do hélio líquido. Vale destacar
que as baixas temperaturas foram alcançadas sem o uso do
caríssimo hélio líquido.
Resistência não linear da amostra e a influência de campos
magnéticos sobre a resistência elétrica.
