Cientistas descobrem novo estado supercondutor exótico, proposto 50 anos atrás

Por , em 6.11.2014

Supercondutores e campos magnéticos não combinam.

No entanto, uma equipe de pesquisa liderada pela física Vesna Mitrovic, da Universidade Brown (EUA), forneceu evidências de um estado supercondutor exótico, previsto inicialmente 50 anos atrás, que surge exatamente quando um supercondutor é exposto a um campo magnético forte.

A teoria e o experimento

Supercondutividade é a habilidade de conduzir corrente elétrica sem resistência. Ela depende da formação de pares de elétrons conhecidos como pares de Cooper. Em um condutor normal, elétrons chacoalham em torno da estrutura do material, o que cria resistência. Mas pares de Cooper se movem em conjunto de uma forma que os impede de “se debater” ao redor, o que lhes permite viajar sem resistência.

Os campos magnéticos são inimigos de pares de Cooper. A fim de formar um par, os elétrons devem ser opostos em uma propriedade que os físicos chamam de “spin”. Normalmente, um material supercondutor tem um número aproximadamente igual de elétrons com “spin-down” e “spin-up”, por isso quase todos têm um par. Mas fortes campos magnéticos podem transformar elétrons spin-down em spin-up, fazendo com que a população fique desigual.

Em 1964, físicos previram que a supercondutividade podia persistir em certos tipos de materiais em meio a um campo magnético. A previsão era de que os elétrons desemparelhados se reuniriam em grupos em todo o material supercondutor. Esses grupos conduziriam eletricidade normalmente, enquanto que o resto do material seria supercondutor.

Este estado supercondutor modulado chegou a ficar conhecido como “estado FFLO”, nomeado em homenagem aos teóricos Peter Fulde, Richard Ferrell, Anatoly Larkin e Yuri Ovchinniko, que previram sua existência.

Para investigar o fenômeno, Mitrovic e sua equipe usaram um supercondutor orgânico chamado “κ- (bedt-TTF) 2Cu (NCS) 2”, exatamente o tipo de material previsto para expor o estado FFLO.

Após a aplicação de um campo magnético intenso ao material, os pesquisadores analisaram suas propriedades usando ressonância magnética nuclear.

O que eles encontraram foram regiões em todo o material onde elétrons spin-up desemparelhados se reuniram. Estes elétrons “polarizados” comportaram-se como pequenas partículas presas em uma caixa.

“O que é notável sobre esses estados ligados é que eles permitiram o transporte de supercorrentes através de regiões não supercondutoras”, disse Mitrovic. “Deste modo, a corrente pôde viajar sem resistência ao longo de todo o material no estado supercondutor especial”.

Aplicações

Esta nova compreensão do que acontece quando a população de elétrons é desigual poderia ter muitas implicações práticas, levando-se em conta que a supercondutividade é considerada o futuro do transporte ultrarrápido, como trens Maglev.

Além da supercondutividade, a descoberta também pode ajudar os astrofísicos a entender melhor os pulsares – estrelas de nêutrons superdensas que abrigam tanto supercondutividade quanto fortes campos magnéticos.

“[O estudo] tem potencial de explicar muitas coisas no universo, como o comportamento dos quarks, partículas densas que formam os núcleos atômicos”, sugere Mitrovic.

A pesquisa também poderia ser relevante para o campo da spintrônica, dispositivos que operam com base no spin do elétron em vez de sua carga, feitos de camadas de estruturas supercondutoras ferromagnéticas. [BU, ScienceAlert]

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