Equipe desenvolve novos cristais supercondutores híbridos (team develops new superconducting hybrid crystals)

A interface entre o semicondutor e o metal é perfeita e estabelece os novos cristais híbridos supercondutores, que pode finalmente formar a base para os futuros supercondutores eletrônicos. Crédito: Instituto Niels Bohr

Um novo tipo de cristal de nanofios que combina materiais semicondutores e metálicos em escala atômica pode lançar as bases para futuros semicondutores eletrônicos. Pesquisadores da Universidade de Copenhagen estão por trás do avanço, que tem um grande potencial.

        O desenvolvimento e qualidade de circuitos eletrônicos extremamente pequenos são fundamentais para quão bem os computadores do futuro e outros dispositivos eletrônicos funcionarão. O novo material, composto de um semicondutor e de metal, tem uma propriedade supercondutora especial a temperaturas muito baixas e pode desempenhar um papel central no desenvolvimento da futura eletrônica.

        “Nosso novo material nasceu como um híbrido entre um nanofio semicondutor e seu contato eletrônico. Assim, inventamos uma maneira de fazer uma transição perfeita entre o nanofio e um supercondutor. O supercondutor, neste caso, é de alumínio. Há um grande potencial neste”, diz o professor Thomas Jespersen, que tem trabalhado no assunto por mais de 10 anos.

Nanofio e contato formado ao mesmo tempo

        Nanofios são fios de nanocristais extremamente finos utilizados no desenvolvimento de novos componentes eletrônicos, como transistores e células solares. Parte do desafio de trabalhar com nanofios é a criação de uma boa transição entre esses nanofios e um contacto elétrico com o mundo exterior. Até agora, pesquisadores de todo o mundo têm cultivado os nanofios e o contato separadamente. No entanto, com a nova abordagem, tanto a qualidade como a reprodutibilidade do contato melhoraram consideravelmente.

Nanofios são fios de nanocristais extremamente finos utilizados no desenvolvimento de novos componentes eletrônicos, como transistores e células solares. Crédito: Instituto Niels Bohr

“Os átomos se acomodam em uma estrutura perfeitamente ordenada no nanofio cristalino, não só no semicondutor e no metal, mas também na transição entre os dois componentes muito diferentes, o que é significativo em si mesmo. Pode-se dizer que é o limite final que se poderia imaginar para o quão perfeito uma transição entre um nanofio cristalino e um contato. Claro que isso abre muitas oportunidades de fazer novos tipos de componentes eletrônicos em nanoescala e, em particular, isto significa que podemos estudar as propriedades elétricas com uma precisão muito maior do que antes”, explica o professor Peter Krogstrup, que tem trabalhado duro no laboratório para desenvolver o contato.

Chips com bilhões de nanofios híbridos

Em sua publicação na revista Nature Materials, o grupo de pesquisa tem demonstrado esse contato perfeito e suas propriedades e também tem mostrado que eles podem fazer um chip com bilhões de nanofios híbridos idênticos de semicondutor-metal.

        “Nós pensamos que esta nova abordagem poderia finalmente formar a base para futuros eletrônicos supercondutores, e é por isso que a pesquisa em nanofios é interessante para as maiores empresas de eletrônicos”, diz Thomas Jespersen. Os pesquisadores possuem estreita colaboração em pesquisa com a Microsoft.

Fonte1: http://phys.org/news/2015-01-team-superconducting-hybrid-crystals.html

Fonte2: http://www.nature.com/nmat/journal/vaop/ncurrent/full/nmat4176.html

A supercondutividade que quer sair do frio (charge ordering in the electron-doped superconductor)

 

Redação do Site Inovação Tecnológica - 23/01/2015

 O ordenamento de cargas em cupratos é um fenômeno geral e não está particularmente associado com as cargas positivas. [Imagem: Eduardo H. da Silva Neto et al. - 10.1126/science.1256441]

        Físicos descobriram pela primeira vez um fenômeno conhecido como ordenamento de cargas, envolvido diretamente com a supercondutividade, em cristais de óxido de cobre dopados com elétrons.

        A descoberta é um passo fundamental rumo à tão sonhada obtenção da resistência elétrica zero a temperatura ambiente.

Ordenamento de cargas

        A supercondutividade ocorre quando os elétrons se juntam em pares e viajam através da rede cristalina de um material sem resistência - esse material é então chamado de supercondutor.

   Em compostos de óxido de cobre, ou cupratos, a supercondutividade é obtida em cristais que possuem elétrons de mais ou de menos.

        Quando elétrons são adicionados, o processo é chamado dopagem de elétrons; quando elétrons são removidos, o processo é chamado de dopagem de lacunas - as quasipartículas portadoras de cargas positivas.

Os físicos sabem já há alguns anos que, em óxidos de cobre dopados com lacunas, um evento chamado ordenamento - ou ordenação - de cargas compete com a supercondutividade quando as temperaturas começam se distanciar das proximidades do zero absoluto, fazendo com que não se consiga a supercondutividade fora da zona das temperaturas criogênicas.

        Em um cristal, os átomos formam redes periódicas altamente organizadas, o mesmo ocorrendo com seus elétrons. Mas, em alguns materiais, uma instabilidade faz com que alguns elétrons se reorganizem para formar novos padrões periódicos de carga, padrões que não acompanham os átomos subjacentes - isto é chamado de ordenamento de cargas.

        Em cupratos dopados com lacunas, o ordenamento de cargas perturba o delicado padrão necessário para a supercondutividade, fazendo o material oscilar entre os dois estados até que a temperatura esfrie o suficiente para que a supercondutividade vença.

Eduardo H. da Silva Neto e Andrea Damascelli no UBC's Quantum Matter Institute. Crédito: University of British Columbia.

Supercondutividade a temperatura ambiente

Agora, Eduardo da Silva Neto e seus colegas do Instituto Canadense de Pesquisas Avançadas detectaram o ordenamento de cargas em cupratos dopados com elétrons, mostrando que o fenômeno é mais geral e não está particularmente associado com as cargas positivas.

        Além disso, o fenômeno foi verificado a uma temperatura mais elevada do que aquela na qual ocorre uma fase conhecida como pseudogap - a fase de transição para a supercondutividade - contrariando o paradigma atual da área, que defende a vinculação entre o pseudogap e o ordenamento de cargas.

        Segundo a equipe, esses novos resultados sugerem uma nova direção para a compreensão da supercondutividade e abrem caminhos para uma supercondutividade a temperatura ambiente - se o ordenamento de cargas é um fenômeno mais geral, e não está ligado à baixa temperatura, pode ser possível influenciar a batalha entre ele e a supercondutividade.

        “A [importância da] descoberta do ordenamento de cargas foi enorme. Ele de fato causou um boom no campo, dando-lhe uma nova vida nos últimos anos,” comentou Eduardo. “Ele nos dá esperança de que, se for possível ajustá-lo ou manipulá-lo no sistema, a temperatura crítica para a supercondutividade pode ser mais alta.”

        Há pouco mais de um mês, outra equipe documentou a supercondutividade a temperatura ambiente em uma cerâmica - mas o fenômeno dura apenas algumas frações de segundo.

Bibliografia:

Charge ordering in the electron-doped superconductor Nd_2-xCe_xCuO₄. Eduardo H. da Silva Neto, Riccardo Comin, Feizhou He, Ronny Sutarto, Yeping Jiang, Richard L. Greene, George A. Sawatzky, Andrea Damascelli. Science, Vol.: 347 Issue 6219, pgs 282-285. DOI: 10.1126/science.1256441.

Fonte1: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=supercondutividade-quer-sair-frio&id=010115150123#.VMJJ2S62pY8

Fonte2: http://phys.org/news/2015-01-physicists-instability-flavours-copper-based-superconductors.html

LSC&S lança primeiro projeto de cabo supercondutor do mundo (LS C&S launches world‘s first superconducting cable project)

Mercado global de cabos supercondutores

LS Cable & System, maior fabricante de cabos de transmissão de energia da Coreia do Sul, iniciou o teste de verificação de seu cabo supercondutor de corrente contínua. A mudança veio depois de ter concluído a instalação de um cabo supercondutor de 80 kilovolt na grade interna da KEPCO no mês passado.

       “A empresa lançou pela primeira vez no mundo o projeto piloto para o cabo supercondutor, e o sistema será executado nos próximos seis meses”, disse a empresa em um comunicado à imprensa. “O teste de lançamento ajuda a LS Cable & System a ser reconhecida como uma companhia de primeira linha no mercado de transmissão de energia da próxima geração”.

       LSC & S produziu um cabo supercondutor de corrente alternada em 2004. Em seguida, a empresa desenvolveu o seu cabo supercondutor DC no ano passado. LSC & S é a única empresa no mundo que tem ambas as tecnologias de cabo AC e DC, disse a empresa.

       Segundo a Korea Industries Confederation for Commercialization of Superconductivity, o mercado de cabo de alimentação supercondutor, que ainda está em seus estágios iniciais, deve crescer para 44,9 bilhões de dólares em 2050.

       Cabos de alimentação supercondutores têm atraído a atenção dos investidores, uma vez que são menores, oferecem maior volume de transmissão do que os cabos de cobre e não tem perdas de eletricidade durante a transmissão.

       “O cabo supercondutor não é mais um ‘cabo do sonho’. Projetos multibilionários relacionados estão sendo implantados em cerca de 10 países, incluindo os EUA e China, bem como a Coreia,” diz Koo Ja-eun, CEO da LS Cable & System.

       Supercondutores são extremamente úteis em áreas urbanas congestionadas, onde a procura por energia aumenta, embora o espaço subterrâneo para cabos já esteja saturado, acrescentou a empresa.

Fonte: http://www.koreaherald.com/view.php?ud=20141119000951

Supercondutores ultrafinos dão um passo (Ultrathin Superconductors Take a Step Up)

S. Yoshizawa et al., Phys. Rev. Lett. (2014)

Filmes de metal de apenas um átomo de espessura ou dois podem se tornar supercondutores em temperaturas próximas do zero absoluto. No entanto, nestes materiais bidimensionais, pequenas imperfeições, como alterações na elevação de um átomo pode bloquear o fluxo das supercorrentes. Um novo estudo de vórtices em filmes de metal supercondutores fornece a primeira evidência direta de que defeitos atômicos se comportam como junções Josephson - estruturas feitas de dois supercondutores separados por uma barreira isolante. Os resultados implicam que os defeitos atômicos permitem o fluxo de supercorrentes a uma velocidade limitada, o que pode torná-los úteis como elementos funcionais em futuros dispositivos supercondutores 2D.

       Em 2010, físicos descobriram que filmes metálicos adsorvidos na superfície de silício poderiam se comportar como supercondutores. A descoberta veio como uma surpresa, uma vez que se esperava que as flutuações quânticas interrompessem a supercondutividade em estruturas 2D. Uma grande quantidade de pesquisa agora é dedicada a testar quão grande é a robustez desta supercondutividade. Imperfeições atômicas e outros defeitos de superfície normalmente têm pouco efeito sobre supercondutores volumétricos (3D), mas claramente influenciam o comportamento de materiais ultrafinos.

       Takashi Uchihashi e seus colegas realizaram medidas usando a microscopia de tunelamento por varredura em filmes de índio depositados em superfícies de silício. Especificamente, a equipe estudou a formação de vórtices viajando em torno de um circuito fechado que aparece em certos supercondutores quando um campo magnético externo é aplicado. Os pesquisadores observaram que a maioria dos vórtices era circular com um núcleo interior não supercondutor. No entanto, os vórtices localizados ao longo dos defeitos atômicos estavam em forma elíptica, e seus núcleos eram supercondutores. As simulações numéricas mostraram que esse comportamento era consistente com as imperfeições atômicas fornecendo um acoplamento Josephson entre diferentes patamares do filme.

Fonte1: http://physics.aps.org/synopsis-for/10.1103/PhysRevLett.113.247004

Fonte2: http://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.113.247004

Robô blindado promete melhorar biópsias de câncer

Redação do Site Inovação Tecnológica - 26/12/2014

O robô é pequeno o suficiente para caber no duto apertado da máquina de MRI e ainda deixar espaço para o paciente e para as mãos do médico. [Imagem: Worcester Polytechnic Institute]

Biópsias cegas

Uma equipe de engenheiros e médicos dos Estados Unidos começou a testar um novo robô-cirurgião capaz de operar dentro de um equipamento de ressonância magnética.

        O objetivo do robô é realizar biópsias de câncer da próstata de forma mais rápida, mais precisa e menos desconfortável para o paciente.

        Se passar pelos testes, futuramente o robô também poderá ser usado na aplicação de terapias contra o câncer.

        “O câncer da próstata é a última forma de câncer ainda diagnosticada com biópsias cegas, por isso estamos trabalhando para mudar isso com a tecnologia guiada por imagem,” disse a Dra. Clare Tempany, do Instituto Politécnico Worcester. “O principal objetivo do nosso grupo é desenvolver tecnologias que permitam ampliar as capacidades dos médicos para tratar seus pacientes.”

        Atualmente, a maioria das biópsias da próstata é feita usando imageamento por ultrassom. Embora uma ecografia consiga localizar a próstata, essa técnica de imagem não tem precisão suficiente para determinar onde está o potencial tumor - é por isso que os médicos chamam o procedimento de biópsia cega, com a agulha sendo usada para perfurar vários pontos na expectativa de capturar o tecido doente para posterior análise.

        Já a ressonância magnética produz imagens anatômicas e de caracterização de tecido detalhadas, podendo potencialmente identificar as lesões cancerosas.

Robô blindado

        O desafio foi desenvolver um robô que funcionasse bem dentro de um aparelho de ressonância magnética, com seu fortíssimo ímã supercondutor. Para isso, todos os sensores e atuadores precisaram ser construídos com materiais não-ferrosos - o robô é quase todo de plástico e usa motores piezoelétricos cerâmicos.

        O contrário também é verdadeiro, e o robô não pode interferir com o exame e estragar as imagens de ressonância magnética. Isto foi feito com sucessivas camadas de proteção de toda a parte eletroeletrônica do robô, de forma a reduzir ao máximo a indução de sinais eletromagnéticos.

        E o robô também precisava ser pequeno o suficiente para caber no duto apertado da máquina de MRI e ainda deixar espaço para o paciente e para as mãos do médico.

        O primeiro teste em humanos do sistema robótico, programado para 2015, será resultado de mais de seis anos de pesquisa e desenvolvimento, feitos em parceria com engenheiros e médicos da Universidade Johns Hopkins e do Hospital Brigham and Women.

Bibliografia:

Piezoelectrically Actuated Robotic System for MRI-Guided Prostate Percutaneous Therapy. H. Su, W. Shang, G. A. Cole, G. Li, K. Harrington, A. Camilo, J. Tokuda, Clare M. Tempany, N. Hata, G. S. Fischer. IEEE/ASME Transactions on Mechatronics, Vol.: PP Issue: 99 - Pages 1-13.

DOI: 10.1109/TMECH.2014.2359413

Fonte: http://www.inovacaotecnologica.com.br/noticias/noticia.php?artigo=robo-blindado-biopsias-cancer-prostata&id=010180141226#.VJ_6Mf8ACzB

O spin do elétron pode ser a chave para a supercondutividade de alta temperatura (Electron spin could be the key to high-temperature superconductivity)

Marco Grioni

Cientistas deram um passo significativo na compreensão da supercondutividade, estudando os eventos quânticos estranhos em um material supercondutor único.

        Cupratos são materiais com uma grande promessa de alcançar a supercondutividade a temperaturas mais elevadas (-120 ° C). Isto poderia significar eletricidade de baixo custo sem perda de energia. Intensa pesquisa centrou-se na compreensão da física dos cupratos na esperança de que podemos desenvolver supercondutores a temperatura ambiente. Cientistas usaram uma técnica de ponta para descobrir a maneira como os cupratos tornam-se supercondutores. O trabalho foi publicado na Nature Communications.

        Supercondutores convencionais são materiais que conduzem eletricidade sem resistência em temperaturas que se aproximam do zero absoluto (-273,15 °C ou 0 K). Sob estas condições, os elétrons do material juntam-se e formam casais de elétrons que são chamados de “pares de Cooper”, e desta forma fluem sem resistência. Geralmente, os pares de Cooper se formam a temperaturas muito baixas, e apenas quando os átomos vibram e criam uma força de atração entre os elétrons.

        No entanto, existe uma classe de supercondutores onde pares de Cooper não se formam por causa de vibrações dos átomos. Estes supercondutores são materiais à base de cobre chamados “cupratos”, e em temperaturas normais, elas são, na verdade, isolantes elétricos e ímãs.

        A popularidade dos cupratos vem do fato de serem supercondutores a temperaturas muito mais elevadas do que os outros materiais: -123,15 °C (150 K). Isso faz dos cupratos excelentes candidatos para a supercondutividade cotidiana. Contudo, estudos anteriores sugeriram que cupratos não se tornam supercondutores como outros materiais, o que coloca a questão: como a supercondutividade surge em cupratos?

        Uma equipe de pesquisadores liderada por Marco Grioni usou uma técnica espectroscópica de ponta para explorar a supercondutividade dos cupratos. Os cientistas usaram uma técnica chamada de Resonant Inelastic X-ray Scattering (espalhamento ressonante inelástico de raios-X, tradução livre), usada para investigar a estrutura eletrônica de materiais. Este método de alta resolução foi capaz de monitorar o que acontece com os elétrons de uma amostra de cuprato quando ele se torna supercondutor.

        “Normalmente, supercondutores odeiam magnetismo”, diz Grioni. “Ou você tem um bom ímã ou um bom supercondutor, mas não ambos. Cupratos são muito diferentes e realmente surpreendeu todos, porque são normalmente isolantes e ímãs, mas tornam-se supercondutores quando alguns elétrons extras são adicionados por ajustes suaves de sua composição química”.

        O ingrediente chave do magnetismo é uma propriedade dos elétrons chamada spin, que pode ser considerado como o momento de um pião. Spins podem interagir uns com os outros e criar ondas que viajam através do material. Quando os materiais magnéticos são perturbados, ondas de spin são criadas e espalhados ao longo do seu volume. Essas ondas de spin são impressões digitais reveladoras da interação e estrutura magnética.

        Mesmo quando eles se tornam supercondutores, os cupratos não perdem suas propriedades magnéticas. “Algo do ímã permanece no supercondutor, e pode desempenhar um papel importante no aparecimento de supercondutividade” diz Grioni. “Os novos resultados fornecem uma ideia melhor de como os spins interagem nestes fascinantes materiais”.

        Os resultados sugerem uma nova compreensão da supercondutividade em cupratos e, possivelmente, em outros supercondutores de alta temperatura. Ao revelar o papel das interações de spin, pode abrir o caminho para a interposição de supercondutores de alta temperatura para o mundo real.

Fonte1: http://www.nanowerk.com/nanotechnology-news/newsid=38507.php

Fonte2: http://www.nature.com/ncomms/2014/141218/ncomms6760/full/ncomms6760.html