A nova liga do Rice
Center for Quantum Material’s é o primeiro supercondutor à base de ferro
que pode ser continuamente ajustado da fase supercondutora à fase isolante de
Mott. Crédito: Jeff Fitlow/Rice
University
Físicos do Rice Center
for Quantum Material’s (RCQM) criaram um novo material à base de ferro que
oferece pistas sobre as origens microscópicas da supercondutividade de alta
temperatura. O material que contém os elementos ferro, sódio, cobre e arsênio foi
obtido pelo estudante Rice Yu Song no laboratório do físico Pengcheng Dai.
O material foi obtido pela mistura de ingredientes em uma
atmosfera de argônio puro selada em recipientes de niobio e ‘cozida’ a quase
1.000 ºC. A liga exibe camadas em que ferro e cobre se separam em listras
alternadas. Essa característica é crítica para a utilidade do material em
explicar as origens da supercondutividade de alta temperatura, disse o diretor do
RCQM, Qimiao
Si.
“Ao formar esse padrão regular, Yu Song removeu fisicamente a desordem do
sistema, e isso é crucial para ser capaz de dizer algo significativo sobre o
que está acontecendo eletronicamente”,
disse Si, um físico teórico que trabalhou para explicar as origens da supercondutividade
de alta temperatura e fenômenos semelhantes há quase duas décadas.
“O problema central da supercondutividade de alta temperatura é entender a
relação precisa entre esses dois estados fundamentais da matéria (isolante e
supercondutor) e a transição de fase entre eles”, disse Dai, professor de física e astronomia em Rice. “A mudança
macroscópica é evidente, mas as origens microscópicas do comportamento estão
abertas à interpretação, em grande parte porque há muitas variáveis em jogo, e a relação entre elas é simultaneamente sinérgica e não-linear”.
Dai afirma que duas escolas de pensamento “se desenvolveram
desde o início, um deles foi o campo itinerante, que argumenta que ambos os
estados, em última instância, surgem de elétrons itinerantes. Afinal, esses
materiais são metais, mesmo que sejam metais pobres”. O outro campo
é o localizado, que argumenta que a física fundamentalmente nova surge devido
às interações elétron-elétron no ponto crítico em que os materiais transitam de
uma fase para a outra.
As medidas do novo material suportam a teoria localizada.
Este sistema é o primeiro membro de uma classe de supercondutores à base de
ferro chamados pnictídeos, que podem ser ajustados entre duas fases
concorrentes: a fase supercondutora e um ‘isolante de Mott’ na qual os elétrons
ficam bloqueados e não fluem.
A estrutura cristalina do novo material em camadas inclui
listras alternadas de ferro (azul) e cobre (vermelho). O striping é crítico para a utilidade do material na explicação das
origens da supercondutividade de alta temperatura. Crédito: Yu Song/Rice
University
“A descoberta que Yu Song fez é que este material é mais correlacionado, o
que é evidente devido à fase isolante de Mott”, disse Dai. “Esta é a primeira vez que alguém relata um supercondutor de
ferro que pode ser continuamente sintonizado da fase supercondutora à fase
isolante de Mott”.
“Nós mostramos que se a interação era fraca, mesmo substituindo 50% do
ferro com cobre ainda não seria suficiente para produzir o estado isolante”, disse Si. “O fato de que nossos experimentalistas conseguiram
transformar o sistema em isolante de Mott, fornece evidência direta de fortes
interações elétron-elétron nos pnictídeos. Isto é um importante passo porque
sugere que a supercondutividade deve estar amarrada com estas fortes
correlações de elétrons”.
