Coreanos aprimoram propriedades de fios supercondutores usando nanotubos de carbono (Korean Research Team Develops Next-gen Superconducting Wire Using Carbon Nanotubes)

Uma típica máquina RMN Philips. (Photo de Jan Ainali via Wikimedia Commons)

Foi desenvolvido na Coreia um novo processo para melhorar radicalmente as propriedades elétricas, térmicas e mecânicas de fios supercondutores de diboreto de magnésio (MgB₂) pela adição de nanotubos de carbono. Fios supercondutores são essenciais em dispositivos de diagnóstico médico como a ressonância magnética nuclear (RMN).

Os fios supercondutores de última geração baseados no MgB₂ são aplicáveis aos dispositivos supercondutores incluindo RMNs, e são eficientes para maximizar a economia energética. Nos dias atuais, o hélio líquido é empregado como refrigerante em dispositivos supercondutores, porém é muito volátil. Assim, as empresas líderes na produção de equipamentos para diagnóstico médico têm considerado usar fios supercondutores de MgB₂ na fabricação dos dispositivos.

“Significa muito encontrar a possibilidade de desenvolver fios supercondutores de MgB₂ com melhor desempenho elétrico, mecânico e térmico através do simples processo de adição de nanotubos de carbono. Com a pesquisa em andamento, esperamos descobrir como aplicar esse material em um fio supercondutor para campos 1.5 T (nível da ressonância magnética), que é operado a menos de 15 K de temperatura através de um sistema de refrigeração sem um refrigerante líquido”, diz Dr. Choi Sae-yong.

A pesquisa foi publicada no periódico Scripta Materialia online. Clique aqui para acessar a página do artigo!

Fonte: http://www.businesskorea.co.kr/article/5870/core-material-mris-korean-research-team-develops-next-gen-superconducting-wire-using

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

O gato de Schrodinger no estado supercondutor (trajectory of superconducting circuit, illuminate Schrodinger’s cat principle)

      Equipe confirmou teoria sobre a trajetória mais provável de circuito supercondutor que permite compreender como sistemas quânticos mudam até que atinjam uma condição permanente. A descoberta dos pesquisadores representam um avanço significativo para o mundo da física quântica.

      O princípio da superposição em física quântica é conhecido como o gato de Schrödinger. O experimento idealizado por Erwin Schrodinger, propõe que se um gato é colocado em uma caixa com três objetos - um contador Geiger, uma substância radioativa e veneno que matará o gato se o contador Geiger detectar decaimento radioativo - o gato existe como vivo e morto até que a caixa seja aberta, quando ele instantaneamente se torna vivo ou morto.

      O estudo, no entanto, demonstra que o processo não é imediato. Em vez disso, a metáfora do gato segue uma trajetória contínua a partir do seu estado inicial até que a tampa seja aberta e o seu estado seja revelado - embora, neste caso, o gato seja um circuito supercondutor muito frio feito de alumínio. Ao investigar o sistema, os pesquisadores podem determinar onde no espectro o gato encontra-se entre vivo ou morto, mesmo sem abrir a caixa.

      “A ideia que tem intrigado as pessoas por um longo tempo com este postulado é, como é que, instantaneamente, você olha para algo e de repente 'poof', é vivo ou morto?”, Disse Irfan Siddiqi, professor de física, coautor do artigo. “Não é instantânea. Há informações que fluem para fora do sistema”.

      No estudo, os pesquisadores usaram um circuito que só pode ocupar dois estados, fundamental e excitado. Pelo princípio da superposição, o circuito - um tipo de qubit, ou unidade de informação quântica - existe, em parte, em qualquer combinação desses dois estados. O q-bit é colocado numa cavidade e trazido até uma temperatura de 20 millikelvin, perto de zero absoluto, para reduzir a sua resistência. Na cavidade, é sondado por micro-ondas que afetam muito fracamente o circuito - o equivalente apenas a abrir a tampa da caixa. O recipiente do circuito, feito de alumínio, responde a uma certa frequência que é dependente da combinação particular dos estados fundamental e excitado que o circuito ocupa. Os pesquisadores então amplificam o sinal para medir essa combinação.

      Siddiqi disse que o processo de sondagem do próprio qubit é o que estimula a trajetória. “É o ato da medição que está dirigindo o sistema. Se o gato estava morto e vivo, ele deve permanecer desse modo”, disse ele. “A única razão que deixa esse estado é porque você está perturbando-o, medindo esse estado.”

      Os resultados do estudo oferecem novas habilidades para controlar sistemas quânticos, que por sua vez sustentam a promessa de uma nova revolução tecnológica, disse Alexander Lvovsky, professor de física da Universidade de Calgary. Siddiqi disse que as descobertas podem ser aplicadas em computadores quânticos, que têm o potencial de serem mais poderosos que os computadores atuais.

Fonte: http://www.dailycal.org/2014/07/31/researchers-map-likely-trajectory-superconducting-circuit-illuminate-schrodingers-cat-principle/

Maior densidade de corrente elétrica da história é obtida com supercondutores (super-strong superconducting magnet achieves world record current)

Um corte transversal da amostra do condutor. Imagem: National Institutes of Natural Sciences

        O National Institute for Fusion Science (NIFS) no Japão obteve uma corrente superior a 100.000 ampere, um recorde mundial. O NIFS está desenvolvendo uma bobina supercondutora de alta temperatura que é apropriada para o ímã do reator de fusão. A grande façanha do NIFS foi a abordagem na produção de fitas supercondutoras empilhadas formando um condutor de resistência mecânica excepcional. Como resultado do teste no protótipo, à temperatura de 20K (-253 ºC), a corrente elétrica obtida foi superior a 100.000 A, com densidade de corrente maior que 40 A/mm².

Escala relativa do protótipo. Imagem: National Institutes of Natural Sciences

        Este valor é útil para uso prático em reatores de fusão nuclear que exigem fortes campos magnéticos. No teste do NIFS, 54 fitas supercondutoras de alta temperatura foram utilizadas para produzir o ímã. Cada fita é de 10 mm de largura por 0,2 mm de espessura, e a corrente elétrica flui apenas através desta área. Juntamente com o substrato excepcionalmente forte e flexível, esta área condutora foi rodeada por um invólucro de cobre e um revestimento de aço inoxidável. A corrente foi induzida por indução magnética.

       O método revolucionário de fabricação das fitas supercondutoras tem recebido muita atenção. Além disso, a grande capacidade de corrente do aparato possui também impacto no desenvolvimento de magnetos supercondutores de alta temperatura usados em instrumentos médicos e outros dispositivos elétricos.

Fonte: http://ieeexplore.ieee.org/xpl/articleDetails.jsp?reload=true&arnumber=6675763

Descoberto novo supercondutor orgânico a altas pressões (a single-component molecular superconductor)

O sistema usado para induzir a supercondutividade numa molécula orgânica. Crédito: © 2014 American Chemical Society

Três décadas atrás, os pesquisadores descobriram que certas moléculas orgânicas tornam-se supercondutoras a baixas temperaturas. Essa descoberta provocou inúmeras investigações sobre as propriedades destes materiais. Apesar dos importantes progressos recentes, os químicos permanecem intrigados com um aspecto: todos os supercondutores moleculares conhecidos precisam da ação cooperativa de duas ou mais espécies moleculares diferentes para mover elétrons sem resistência. Recentemente, porém, pesquisadores descobriram o primeiro supercondutor molecular contendo apenas um componente.

Cristais orgânicos supercondutores são projetados em torno do princípio da transferência de carga, onde fortes interações entre grupos 'doadores' e 'receptores' movem elétrons através de ligações de carbono normalmente isolante. Submetendo o sistema de transferência de carga a altas pressões, é possível anular a resistência elétrica em temperaturas próximas do zero absoluto.

Os supercondutores moleculares contendo grupos doadores e receptores de elétrons são normalmente compostos iônicos individuais. No entanto, a equipe de Kobayashi liderou recentemente investigações sobre complexos de metal-ditiolato que contêm um sistema de transferência de carga completa em uma única molécula. Estes cristais, em que um átomo central de ouro ou níquel é flanqueado em ambos os lados por anéis aromáticos doadores, possuem alta condutividade intrínseca e exibem comportamento metálico a temperaturas baixas.

Depois de explorar inúmeros derivados sintéticos de ditiolato-metal, eles encontraram um composto promissor, nickel bis (trifluoromethyl) tetrathiafulvalenedithiolate (Ni(hfdt)₂). Esta molécula com grupos terminais fluorados volumosos em seus anéis desencadeiam empilhamento de camada em duas dimensões, um arranjo cristalino altamente favorável para a condutividade.

Depois de manipular cuidadosamente cristais feitos sob medida, a equipe mediu seu comportamento elétrico em função da pressão e temperatura. A uma pressão de 8.1 gigapascais, eles descobriram que a resistividade cai abruptamente a zero, a uma temperatura de 5,5 Kelvin. Cálculos teóricos confirmaram os dados experimentais, revelando o ponto crítico em que a pressão converte o Ni(hfdt)₂ de isolante para supercondutor.

“Este composto simples, não só tem o potencial de trazer avanços em dispositivos orgânicos de estado sólido, mas também irá ajudar na concepção de novos sistemas supercondutores”, diz Cui.

Mais informações (clique aqui): Cui, HB, Kobayashi, H., Ishibashi, S., Sasa, M., Iwase, F., Kato, R. & Kobayashi, A.A. Single-Component Molecular Superconductor. Journal of the American Chemical Society 136, 7619-7622 (2014). DOI: 10.1021/ja503690m

Fonte: http://phys.org/news/2014-07-solitary-superconductor-emerges-pressure.html

Teletransporte entre qubits supercondutores (opto-magneto-mechanical quantum interface between distant superconducting qubits)

         Pesquisadores desenvolveram uma forma de chips supercondutores comunicarem uns com os outros a longas distâncias através de uma fibra óptica, permitindo que o entrelaçamento quântico ou teletransporte (passos fundamentais para a construção de uma internet quântica) Idealizado pelo Dr. Keyu Xia e Jason Twamley do Centro de Excelência da Universidade de Macquarie, e o Dr. Michael Vanner na Universidade de Queensland. Sua ideia fez uso dos minúsculos campos magnéticos gerados pelos chips quânticos para alterar as propriedades de uma cavidade óptica, por meio de um material ‘magnetoestritivo’. Um material que é ‘magnetoestritivo’ expande fisicamente na presença de um campo magnético. A equipe foi capaz de mostrar como os campos magnéticos de chips quânticos podem se comunicar através da cavidade óptica e da fibra óptica conectada através de um chip supercondutor. 

“A criptografia quântica, transferência de informações protegidas através das leis da mecânica quântica, é uma aplicação da ciência e da tecnologia quântica que já tem aplicações comerciais”, disse o Professor Twamley. “Esta e outras aplicações como computação quântica, teletransporte quântico e detecção quântica, irão beneficiar muito com a habilidade de conectar dispositivos quânticos a longas distâncias. Chips quânticos supercondutores são uma das áreas mais promissoras para formar o hardware de computadores quânticos no futuro, e nossa interface óptica/supercondutora vai ajudar a conectar esses chips a grandes distâncias. Nossa abordagem híbrido-quântica permite tirar proveito de ambos, o poder da computação quântica com circuitos supercondutores de baixa perda e a alta velocidade das comunicações ópticas”, disse o Dr. Vanner. “É uma direção muito emocionante, tecnologia quântica certamente tem um futuro brilhante”, disse Xia.

Fonte1: http://phys.org/news/2014-07-remote-quantum-applications-teleportation-enabled.html

Fonte2: http://www.nature.com/srep/2014/140704/srep05571/full/srep05571.html