Os físicos acabam de descobrir um novo tipo de supercondutor

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Créditos: Michelmond / iStock / Getty Images.

Por David Nield
Publicado na ScienceAlert

Os cientistas há muito tempo teorizam que existem outros tipos de supercondutores esperando para serem descobertos, e agora eles viram que estavam certos: uma nova pesquisa identificou um supercondutor de “onda G” pela primeira vez, um grande avanço para a área da física.

Supercondutores são materiais que não oferecem resistência elétrica, de modo que a eletricidade pode passar por eles com eficiência próxima de 100%.

Isso é bastante interessante quando você pensa sobre o potencial de redes elétricas supereficientes que não perdem energia com o calor. Mas há um problema. Os materiais que são capazes de agir dessa maneira geralmente precisam ser resfriados a temperaturas ultrabaixas antes que a supercondutividade real comece a acontecer.

Até agora, porém, quase todos os supercondutores foram confirmados como ‘spin em estado singleto’, compostos de pares de elétrons Cooper que combinam um elétron em estado de ‘spin-up‘ com um elétron em estado de ‘spin-down‘, removendo a resistência elétrica do material ao longo do caminho.

Existem atualmente dois tipos de supercondutividade que se enquadram nessa descrição, a onda s e onda d.

Simplificando, os elétrons nos pares de Cooper de onda S apontam diretamente um para o outro, cancelando o momento angular um do outro – que mede a energia rotacional e o movimento.

Um alinhamento diferente nas ondas d cria um momento angular positivo ao longo de um eixo e negativo ao longo de um segundo eixo – concedendo a ele duas unidades de momento angular.

O recém-descoberto supercondutor de onda g tem um tipo totalmente separado de momento angular em comparação a onda s ou a onda d, e foi descoberto por meio de uma análise de espectroscopia de ultrassom ressonante superdetalhada do metal rutenato de estrôncio.

“Esse experimento realmente mostra a possibilidade desse novo tipo de supercondutor que nunca havíamos pensado antes”, diz o físico Brad Ramshaw, da Universidade Cornell. “Isso realmente abre um leque de possibilidades para o que um supercondutor pode ser e como ele pode se manifestar”.

“Se quisermos controlar os supercondutores e usá-los em tecnologia com o tipo de controle ajustado que temos com semicondutores, realmente teremos saber como eles funcionam e em que variedades tipos eles vêm”.

A equipe estava realmente procurando por outro tipo de supercondutor que só existe como uma hipótese por enquanto: o supercondutor de onda p. Os cientistas acham que isso poderia ser um ‘tripleto de spin’, onde elétrons pareados têm a mesma direção de spin, criando um momento retangular de 1 – em algum lugar entre a onda s e a mais exótica onda d.

Em vez de encontrar a supercondutividade da onda p, eles encontraram um tipo totalmente diferente de momento angular.

As análises de espectroscopia examinaram a simetria de um cristal de rutenato de estrôncio, construindo uma configuração nova e totalmente personalizada para resfriar o material até as temperaturas necessárias.

As constantes elásticas do material – a velocidade do som passando por ele, essencialmente – revelaram que o rutenato de estrôncio é um supercondutor de dois componentes, capaz de uma ligação complexa de elétrons que precisa de uma direção e também de um número para ser expressada. Isso significava que o material não poderia ser classificado como supercondutor de onda s, onda d ou onda p. Foi uma outra coisa.

“O ultrassom ressonante realmente permite que você veja de forma aprofundada e mesmo que não consiga identificar todos os detalhes microscópicos, você pode fazer afirmações gerais sobre quais estão descartados”, diz Ramshaw.

“Então, as únicas coisas com as quais os experimentos são consistentes são essas coisas muito, muito estranhas que ninguém nunca viu antes. Uma das quais é a onda G, que significa momento angular 4. Ninguém nunca pensou que haveria um supercondutor de onda g”.

A descoberta é um passo adiante em nossa compreensão dos supercondutores. Se pudermos expandir a tecnologia e fazê-la funcionar em temperaturas mais altas, os benefícios potenciais serão enormes: placas de circuito e redes elétricas que não perdem eletricidade para o calor conforme a energia é transferida.

Para a equipe de pesquisadores, no futuro eles estarão olhando para outros materiais que podem ser capazes de uma ardilosa supercondutividade da onda p. Eles também vão analisar mais o rutenato de estrôncio – é um metal fascinante em diversos aspectos.

“Este material é extremamente bem estudado em muitos contextos diferentes, não apenas por sua supercondutividade”, diz Ramshaw. “Nós entendemos que tipo de metal é, porquê é um metal, como se comporta quando você muda a temperatura e como se comporta quando você muda o campo magnético”.

“Portanto, você deve ser capaz de construir uma teoria de porquê ele se torna um supercondutor melhor aqui do que em qualquer outro lugar”.

A pesquisa foi publicada na Nature Physics.