Cientistas descobrem nova fase magnética nos pnictídeos (new magnetic phase in iron-based superconductors)

         Pnictídeos são supercondutores à base de ferro que podem ser genericamente representados pela fórmula LnFeAsO_1-xF_x (Ln = lantanídeos). Estes são chamados de oxi-pnictídeos por conter oxigênio. Há também pnictídeos que não contêm oxigênio (Ba_0.6K_0.4Fe₂As₂, Ca_0.6Na_0.4Fe₂As₂, Sr_0.5Sm_0.5FeAsF). Estes sistemas foram descobertos pelo grupo do Hosono (clique aqui).

         Recentemente, uma equipe do U.S. Department of Energy's Argonne National Laboratory descobriu uma nova fase magnética. Segundo Ray Osborn, um dos autores do trabalho, “Estas nova fase magnética que nunca tinha sido observada antes, deve ter significativas implicações em nossa compreensão da supercondutividade não-convencional.” O artigo foi publicado no Nature Communications (clique aqui).

         Nestes compostos, a supercondutividade emerge quando a ordem de densidade de ondas de spin (SDW) é suprimida pela dopagem, pressão ou desordem atômica. A ordem magnética é antecipada pela ordem nemática, cuja origem é desconhecida. A ordem magnética afeta a estrutura atômica. À temperatura ambiente, os átomos de ferro situam-se numa rede quadrada, que tem uma simetria quádrupla, mas quando esfriado abaixo da temperatura de transição magnética, distorcem para formar uma estrutura retangular, com simetria dupla. Os pesquisadores do Argonne descobriram uma fase em que o material retorna à simetria quádrupla próxima do início da supercondutividade.

         “Nossa descoberta mostra que há um romance do estado magnético acima da supercondutividade”, disse Chmaissem, coautor do trabalho. “Além disso, este estado magnético compete com a supercondutividade e em temperatura mais baixa conseguem coexistir. Não há retorno para a simetria dupla. Isso foi completamente inesperado e é agora alvo de um extenso trabalho teórico.”

        

Difração de nêutron mostra o resultado do espalhamento numa amostra de BaFeAs dopado com Na (24%) no sítio do Ba. A ordem nemática se estabelece abaixo de 90 K, mas a simetria quádrupla é restaurada abaixo de 40 K. As estruturas atômica e magnética resultantes são ilustradas na figura à direita, onde as esferas azuis representam átomos de ferro e as setas vermelhas a direção de seus momentos magnéticos. Imagem por Jared Allred.

 Os pesquisadores utilizaram a difração de nêutrons que permite determinar as posições dos átomos e as direções dos seus momentos magnéticos microscópicos. Especula-se que isso pode ajudar a elucidar a supercondutividade nos pnictídeos e que tal explicação se estenda a outros supercondutores.

Fonte 1: http://www.anl.gov/articles/argonne-scientists-discover-new-magnetic-phase-iron-based-superconductors

Fonte 2: http://www.nature.com/ncomms/2014/140522/ncomms4845/full/ncomms4845.html

Os desafios da supercondutividade (challenges of superconductivity)

         Mesmo depois de 1 século de sua descoberta (Onnes), a supercondutividade ainda possui alguns desafios que parecem estar muito longe de serem superados. Dois em particular são notavelmente destacados: o desenvolvimento de uma teoria ab initio que explique a supercondutividade em qualquer intervalo de temperatura e a obtenção de um material que seja supercondutor em temperatura ambiente ou maior que a ambiente. Outros desafios como a obtenção de fios com materiais cerâmicos, também estão longe da superação (Larbalestier).

         Inquestionavelmente, a teoria ab initio mais bem sucedida na descrição da supercondutividade é a teoria BCS (BCS), que explica as propriedades dos supercondutores tipo I (supercondutores convencionais). Nesta teoria, a interação elétron-fônon é o mecanismo responsável pela supercondutividade. A teoria BCS deu origem a importantes conceitos até hoje empregados, como o par de Cooper e o gap de energia. A descoberta dos high-T_C causou certo abalo à teoria BCS, pois com base em seus pressupostos havia um consenso de que o limite máximo da temperatura crítica seria em torno de 30K (McMillan). As cerâmicas à base de Cu e O mantém um recorde da T_C muito acima deste valor (http://www.superconductors.org/News.htm)!

         Em função disso, diversos modelos teóricos foram e continuam sendo desenvolvidos na tentativa de explicar a supercondutividade de uma maneira completa. Abaixo segue uma pequena lista destes artifícios:

         Esse é um exemplo do quanto esse campo de pesquisa é desafiador! Embora não mencionada acima, outra teoria que teve e ainda possui grande utilidade no estudo da supercondutividade é conhecida como as equações de Ginzburg-Landau (Ginzburg). Esta deu origem a uma importante grandeza conhecida como comprimento de coerência, uma medida da variação do parâmetro de ordem.

         Além do campo teórico, embora haja uma vasta gama de materiais supercondutores, o desafio de alcançar uma temperatura crítica equivalente a ambiente exigirá informações que aparentemente ainda não se possui. Não é sabido se há ou não um limite físico para a T_C. Apesar disso, nada impede os materiais supercondutores de serem usados em várias aplicações úteis. Veja uma lista de aplicações aqui: Aplicações dos supercondutores.

      Para uma revisão um pouco mais detalhada, veja: Supercondutividade: um século de desafios e superação.

Supercondutividade é ligada e desligada com magnetismo (magnetic domains reveals spatially inhomogeneous superconductivity)

Redação do Site Inovação Tecnológica - 18/02/2014


Fonte:
http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=supercondutividade-ligada-desligada-magnetismo&id=010115140218&ebol=sim#.UwkPj86aegZ 

Dependendo da orientação do campo magnético (H), a onda de densidade de spins (setas vermelhas e cinzas) pode se mover em direções diferentes, modulando a supercondutividade. [Imagem: Simon Gerber/PaulScherrer Institute]

Chave magnética para a supercondutividade

A supercondutividade e os campos magnéticos normalmente são vistos como rivais - campos magnéticos muito fortes destroem o estado supercondutor. Isso pelo que se sabia até agora. Um novo estado supercondutor que acaba de ser descoberto na verdade só surge quando o material é submetido a um forte campo magnético externo. Desta forma, a supercondutividade do material pode ser controlada - ligada e desligada - alterando a direção do campo magnético.

O material - uma liga complexa de cério, cobalto e índio (CeCoIn₅) - é supercondutor a temperaturas muito baixas, mas tem sua supercondutividade destruída quando submetido a um campo magnético de 12 Tesla. O que se descobriu agora é que, antes que isso ocorra, surge um segundo estado supercondutor, o que significa que passam a coexistir dois estados supercondutores diferentes no mesmo material.

Simon Gerber e seus colegas do Instituto PaulScherrer, na Suíça, verificaram que o magnetismo faz emergir uma ordem antiferromagnética adicional, isto é, uma parte dos momentos magnéticos - pense neles como ímãs elementares - no material aponta num sentido, enquanto o restante aponta no sentido oposto. A interpretação mais provável para isso é que um novo estado quântico deve estar associado a esta ordem magnética.

“O comportamento observado no material é completamente inesperado e certamente não é um efeito puramente magnético,” explica o professor Michel Kenzelmann, líder da equipe. “Esta é uma clara indicação de que, neste material, o novo estado supercondutor ocorre junto com a onda de densidade de spin, o que também é esperado com base nos argumentos de simetria.”

Embora o novo estado ocorra em condições muito específicas e difíceis de obter, a possibilidade de controlar diretamente estados quânticos - sejam eles quais forem - pode ser importante no campo dos computadores quânticos.

“Ainda que esse material em particular provavelmente não será usado por causa das baixas temperaturas e fortes campos magnéticos necessários, nossos experimentos mostram com o que este tipo de controle pode se parecer,” disse Simon Gerber.

Bibliografia:

Switching of magnetic domains reveals spatially inhomogeneoussuperconductivity. Simon Gerber, Marek Bartkowiak, Jorge L. Gavilano, Eric Ressouche, Nikola Egetenmeyer, Christof Niedermayer, Andrea D. Bianchi, Roman Movshovich, Eric D. Bauer, Joe D. Thompson, Michel Kenzelmann. Nature Physics, Vol.: Published online DOI: 10.1038/nphys2833.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=supercondutividade-ligada-desligada-magnetismo&id=010115140218&ebol=sim#.UwkPj86aegZ

Criado primeiro feixe de antimatéria! (created first antimatter beam)

Fonte: http://hypescience.com/raio-anti-hidrogenio-raio-anti-materia/

Aparelhagem da ASACUSA

Criar um feixe de antimatéria soa como algo que só um cientista louco faria, porém, não há nenhuma maluquice no feixe de átomos de anti-hidrogênio que os cientistas geraram pela primeira vez no centro de pesquisa CERN (European Organization for Nuclear Research), na Europa.

Os pesquisadores por trás da realização técnica revelaram na última terça-feira, dia 21, na revista Nature Communications, que o feixe poderia ajudá-los a entender mistérios profundos como por que vemos muito mais matéria do que antimatéria no universo, e por que existe um universo.

Teoricamente, quantidades iguais de matéria e antimatéria deveriam ter sido criadas no Big Bang que deu origem ao cosmos como o conhecemos. Mas, como qualquer fã de “Jornada nas Estrelas” sabe, a matéria e a antimatéria se aniquilam mutuamente em um flash de energia quando interagem. Assim, os físicos suspeitam que deve ter havido alguma diferença sutil que permitiu que a matéria dominasse o universo.

Experimentos anteriores de colisão de partículas forneceram pistas sobre essa diferença, entretanto, os físicos realmente gostariam de resolver o mistério estudando anti-átomos reais. O problema é que é difícil manter os átomos em existência tempo suficiente para fazer boas medições em escala.

Na verdade, as aplicações de antimatéria estão ao nosso redor há um longo tempo. Hospitais rotineiramente fazem uso de antielétrons, ou pósitrons, para tirar fotos internas do nosso corpo com PET (sigla em inglês para tomografia por emissão de pósitrons). E os pesquisadores estão querendo usar feixes de antiprótons para tratar o câncer.

Mas foi só nos últimos três anos ou mais que os físicos foram capazes de combinar antiprótons e pósitrons em átomos inteiros de anti-hidrogênio e mantê-los dentro de uma câmara à vácuo magnética especialmente projetada nas instalações do Desacelerador Antipróton do CERN, na fronteira suíço-francesa. Mesmo assim, é difícil analisar esse anti-hidrogênio, porque o campo magnético que aprisiona os anti-átomos também interfere com as medições.

Em 2012, cientistas da colaboração ALPHA, do CERN, anunciaram que finalmente conseguiram fazer as primeiras medições espectroscópicas de anti-átomos dentro de sua câmara à vácuo. Agora, os cientistas de uma colaboração diferente, conhecida como ASACUSA, dizem que seu aparelho criou um feixe de átomos de anti-hidrogênio que pode ser medido com mais precisão fora da câmara magnética onde foram criados. Pelo menos 80 dos anti-átomos foram detectados, 2,7 metros abaixo da região de produção.

O aparelho da ASACUSA faz uso de dispositivos com nomes que aqueceriam o coração de um cientista louco: uma bobina de supercondutores anti-Helmholtz, eletrodos de múltiplos anéis, uma cavidade de micro-ondas e um seletor rotativo de feixe de focagem. O resultado é que os anti-átomos energéticos podem ser guiados para uma região com um campo magnético fraco.

“Como os átomos de anti-hidrogênio não têm carga, foi um grande desafio transportá-los de sua câmara”, explicou o líder da equipe ASACUSA, Yasunori Yamazaki, pesquisador do centro japonês RIKEN, em um comunicado à imprensa do CERN. “Nossos resultados são muito promissores para estudos de alta precisão de átomos de anti-hidrogênio, em particular da estrutura hiperfina, uma das duas propriedades espectroscópicas mais conhecidas do hidrogênio. Sua medida no anti-hidrogênio permitirá o teste mais sensível de simetria matéria-antimatéria”.

Yamazaki disse que sua equipe vai retomar as experiências nos próximos meses com uma configuração que deve produzir feixes de alta energia para estudo. [CERN News, NBC]

Fonte: http://hypescience.com/raio-anti-hidrogenio-raio-anti-materia/

Novo detector vai revolucionar observações astronômicas (new detector will revolutionize astronomical observations)

Redação do Site Inovação Tecnológica - 14/01/2014

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=novo-detector-vai-revolucionar-observacoes-astronomicas&id=010130140114

Protótipo do detector supercondutor, cujos pixels detectam um único fóton.[Imagem: Spencer Buttig]

Sensor de pixel único

As câmeras digitais revolucionaram a fotografia graças aos semicondutores, usados para fazer os pixels que aposentaram os filmes de prata. No campo da astronomia e da astrofísica, porém, os semicondutores já estão perdendo a vez para os supercondutores.

A equipe do professor Ben Mazin, da Universidade da Califórnia em Santa Bárbara, nos Estados Unidos, reforçou a superioridade dos supercondutores construindo um novo sensor que supera de longe todos os existentes. O detector supercondutor é capaz de medir a energia de fótons individuais, o que aumenta enormemente a capacidade do sensor para detectar luzes muito fracas.

“O que fizemos é, essencialmente, uma câmera de vídeo hiperespectral sem ruído intrínseco,” resume Mazin. “Em uma base pixel a pixel, é um salto quântico em relação aos detectores de semicondutor, tão grande quanto o salto que foi dos filmes para os semicondutores. Isto permite [fabricar] todos os tipos de instrumentos realmente interessantes.”

A técnica é uma variação dos MKIDs (Microwave Kinetic Inductance Detectors), um tipo de detector de fótons desenvolvido há cerca de 10 anos pelo próprio Dr.Mazin, em colaboração com outros pesquisadores. Agora ele adaptou esses detectores para que eles operem em ultravioleta, infravermelho próximo e também na porção visível do espectro eletromagnético. 

Embora muitíssimo mais sensível do que os sensores CCD das câmeras digitais, esse novo sensor só é adequado para uso em instalações de pesquisa, já que funciona em temperaturas criogênicas - tipicamente ao redor de 0,1 Kelvin. 

 

Mesmo em astronomia, seu uso é adequado para observações muito detalhadas, com grande sensibilidade, mas com um pequeno campo de visão.

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=novo-detector-vai-revolucionar-observacoes-astronomicas&id=010130140114

Estaneno: primeiro supercondutor a temperatura ambiente? (first superconductor at room temperature?)

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/11/2013

A adição de átomos de flúor (amarelo) a uma camada atômica de estanho - o estaneno - poderá resultar no primeiro supercondutor a temperatura ambiente. [Imagem: Yong Xu/Tsinghua University/Greg Stewart/SLAC]

Estaneno

Em tempos de materiais-maravilha à base de carbono, parecia que nada poderia superar os nanotubos - até surgir o grafeno. Mas agora cientistas estão pedindo que o grafeno dê um passinho à frente, cedendo espaço para o recém-chegado "estaneno".

         Estaneno é uma folha unidimensional - formada por apenas uma camada de átomos - do metal estanho, símbolo químico Sn. O estaneno promete ser nada menos do que o primeiro supercondutor à temperatura ambiente, transportando eletricidade com 100% de eficiência.

         É o que garantem Yong Xu e seus colegas das universidades Tsinghua (China) e Stanford (EUA):

“O estaneno poderá aumentar a velocidade e diminuir o gasto de energia das futuras gerações de chips de computador, caso nossas previsões sejam confirmadas por experimentos que estão em andamento em vários laboratórios ao redor do mundo,” disse o professor Shou-cheng Zhang, coordenador do estudo.

Isolantes topológicos

Os resultados são fruto do trabalho com os isolantes topológicos, uma classe de materiais muito promissores devido à sua característica de conduzir eletricidade apenas na sua superfície externa, mas não em seu interior.

Em 2011, outra equipe já havia apontado que um isolante topológico mais complexo poderia ser magnético e supercondutor.

         Isso porque, ao se destacar a camada externa desses materiais, eles devem conduzir eletricidade com 100% de eficiência, ou seja, são supercondutores.

“A magia dos isoladores topológicos é que, pela sua própria natureza, eles forçam os elétrons a mover-se em faixas definidas, sem qualquer limite de velocidade, como nas autobans alemãs,” explicou Zhang. “Enquanto eles estiverem na via rápida - as bordas ou as superfícies - os elétrons vão viajar sem resistência.”

Mas nenhum dos isolantes topológicos conhecidos até agora se tornaria um condutor perfeito de eletricidade à temperatura ambiente.

         O que os novos cálculos indicam é que isto pode ser possível com uma única camada de átomos de estanho - um estaneno.

Supercondutores no interior de chips resultarão em processadores que consomem menos energia e esquentam menos. [Imagem: Yong Xu et al./PRL]

Chips supercondutores

Os cálculos indicam que uma única camada de estanho seria um isolante topológico não apenas sob temperaturas agradáveis para o ser humano, mas também a temperatura mais altas.

         Por exemplo, com a adição de átomos de flúor ao estanho, sua gama de funcionamento se estenderia a pelo menos 100 graus Celsius.

         Segundo os pesquisadores, se os experimentos confirmarem seus cálculos teóricos, o estaneno deverá estrear na conexão interna dos chips, permitindo a troca de dados mais rápida e gastando muito menos energia - o que se traduziria em processadores que esquentam menos.

         É claro que, para isso, terão que ser vencidas as mesmas dificuldades de fabricação de um material 2D com que atualmente se deparam os pesquisadores que tentam trabalhar com o grafeno.

Bibliografia:

Large-Gap Quantum Spin Hall Insulators in Tin Films

Yong Xu, Binghai Yan, Hai-Jun Zhang, Jing Wang, Gang Xu, Peizhe Tang, Wenhui Duan, Shou-Cheng Zhang

Physical Review Letters

Vol.: 111, 136804

DOI: 10.1103/PhysRevLett.111.136804

http://arxiv.org/abs/1306.3008

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=estaneno&id=010165131125