Titanato de estrôncio: estranho supercondutor é inexplicável

Por , em 24.03.2018

Uma nova pesquisa conduzida pela Universidade de Stanford e pelo Departamento de Energia dos Estados Unidos descobriu que o titanato de estrôncio se comporta de maneira estranhamente oposta aos metais supercondutores, apesar de ser um material supercondutor também.

Em baixas temperaturas, o titanato de estrôncio é capaz de conduzir eletricidade sem qualquer resistência. O fato de não ser um metal e ainda poder realizar isso já é por si só um mistério.

Agora, cientistas deram um primeiro passo para entender como ele desafia as teorias atuais sobre materiais supercondutores, e as descobertas iniciais podem levar a uma possível revolução na eletrônica.

A pesquisa foi publicada na revista científica Proceedings of the National Academy of Sciences.

Os supercondutores convencionais

Para elétrons viajarem de um ponto A até um ponto B, eles geralmente precisam pular através de uma multidão de átomos, sob a força de duas tensões diferentes.

Mesmo quando resfriamos esses átomos, a maioria dos materiais ainda exerce força nesse fluxo de elétrons até certo ponto, exigindo energia para que se movam.

Supercondutores são diferentes. Em uma temperatura baixa o suficiente, a natureza dos arranjos de seus átomos permite que eles balancem de tal maneira que os elétrons superam sua repulsão usual para se unirem em pares.

Dois elétrons em um par compartilham o mesmo estado quântico. É essa conexão unilateral que os ajuda a viajar de forma mais fácil através da selva de átomos, permitindo que deslizem sem esforço.

Por possuírem tais arranjos de átomos, os metais compõem a maior parte dos materiais supercondutores. De fato, por muitos anos desde a descoberta dos supercondutores em 1911, todos os conhecidos eram metálicos.

O titanato de estrôncio

O titanato de estrôncio mudou isso. Na década de 1960, cientistas descobriram que esse óxido estranho tinha propriedades supercondutoras.

“É um dos muitos materiais que chamamos de supercondutores ‘não convencionais’, porque não podem ser explicados pelas teorias atuais”, disse o principal autor do estudo, Adrian Swartz, da Universidade de Stanford. “Ao estudar seu comportamento extremo, esperamos obter informações sobre os ingredientes que levam à supercondutividade nesses materiais não convencionais, incluindo aqueles que operam em temperaturas mais altas”.

Ser capaz de conduzir eletricidade livre de resistência sem a necessidade de desperdiçar energia com a queda da temperatura seria um grande avanço na área da eletrônica.

Para melhor entender como a condutividade do titanato de estrôncio funciona, os pesquisadores analisaram o comportamento de seus átomos usando uma técnica chamada de espectroscopia de tunelamento.

Avanço técnico

Embora pareça simples, em princípio, a nova pesquisa só foi possível graças a atualizações na tecnologia de espectroscopia e nos processos de investigação.

“O desejo de fazer este experimento existe há décadas, mas tem sido um desafio técnico”, explicou Hwang.

A espera valeu a pena, no entanto. A espectroscopia mostrou que a estrutura do titanato de estrôncio funciona de maneira oposta à dos metais supercondutores: enquanto estes têm muitos elétrons para emparelhar e átomos que zumbem fracamente, o titanato de estrôncio não tem tantos elétrons livres, mas sua rede de átomos tem uma vibração muito mais forte.

As duas combinações, no entanto, estão de acordo com a teoria da supercondunção. “Assim, o titanato de estrôncio parece ser um supercondutor não convencional que age como um convencional em alguns aspectos”, afirma Hwang.

Próximos passos

Nos últimos anos, o grafeno tem sido o principal material supercondutor não metálico estudado pelos pesquisadores.

O novo estudo indica, porém, que há espaço para mais pesquisas nesse campo.

Com a melhoria da tecnologia de espectroscopia de tunelamento, a equipe planeja continuar a investigar as propriedades incomuns do titanato de estrôncio e de outros materiais, com o objetivo de que suas descobertas levem eventualmente a um novo tipo de condução. [ScienceAlert]

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