Os pesquisadores descobriram e explicaram uma forma incomum de supercondutividade que só aparece sob campos magnéticos extremamente fortes. O trabalho, liderado em parte pelo físico da Universidade Rice, Andriy Nevidomskyy, foi publicado em ciência e descreveu ditelureto de urânio (UTe2) forma um halo supercondutor único quando exposto a fortes campos magnéticos.
Em circunstâncias normais, os campos magnéticos destroem os supercondutores. Mesmo campos relativamente suaves podem enfraquecer a supercondutividade, enquanto campos mais fortes muitas vezes eliminam totalmente a supercondutividade quando os limites críticos são atingidos. UTe2 Violou esta regra. Em 2019, os cientistas descobriram que ele pode permanecer supercondutor em campos magnéticos centenas de vezes mais fortes do que os materiais típicos podem suportar.
“Quando vi pela primeira vez os dados experimentais, fiquei surpreso”, disse Nievdomsky, membro do Rice Advanced Materials Institute e do Rice Center for Quantum Materials. “Como esperado, a supercondutividade é primeiro suprimida pelo campo magnético, mas depois reaparece em campos magnéticos mais elevados e apenas em direções de campo estreitas. Não há explicação imediata para este comportamento intrigante.”
Supercondutividade de campo extremo “ressuscitada”
Esse estranho comportamento foi observado pela primeira vez por uma equipe da Universidade de Maryland (UMD) e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), e logo atraiu a atenção de toda a comunidade física. Em UTe2a supercondutividade desaparece abaixo de 10 Tesla (que já é um campo extremamente forte), mas recupera inesperadamente acima de 40 Tesla.
Os cientistas chamam esse ressurgimento de estágio Lázaro. Acontece que esta etapa depende muito do ângulo entre o campo magnético e a estrutura cristalina do material.
Trabalhando com colaboradores da UMD e do NIST, Nevidomskyy ajudou a mapear como essa supercondutividade de alto campo muda com a direção. Suas medições mostraram que as regiões supercondutoras formavam um formato semelhante a um donut ou donut em torno de eixos específicos dentro do cristal.
“Nossas medições mostram um halo supercondutor tridimensional em torno do eixo b rígido do cristal”, disse Sylvia Lewin do NIST, co-autora principal do estudo. “Este é um resultado surpreendente e bonito.”
Construa um modelo para explicar halos
Para entender o que estava acontecendo, Nievdomsky criou um modelo teórico que poderia explicar as observações sem depender muito de detalhes microscópicos incertos. O modelo adota uma abordagem fenomenológica, concentrando-se no comportamento geral, e não nos mecanismos subjacentes exatos que fazem com que os elétrons se emparelhem em pares de Cooper.
Os resultados estão de acordo com os dados experimentais, particularmente a forma incomum como a supercondutividade muda com a direção do campo magnético. Modelo mostra como a orientação desempenha um papel crucial na sobrevivência ou retorno da supercondutividade em UTe2.
Como o magnetismo e a supercondutividade interagem
A pesquisa também mostrou que os pares de Cooper neste material se comportam como se carregassem momento angular, semelhante a objetos giratórios. Quando um campo magnético é aplicado, ele interage com esse movimento, criando um efeito direcional que cria o padrão de halo observado.
Este insight ajuda a explicar como o magnetismo e a supercondutividade podem coexistir em materiais com forte direcionalidade, como UTe2.
“Uma das observações experimentais é um aumento repentino na magnetização da amostra, que chamamos de transição metamagnética”, disse Peter Czajka do NIST, co-autor principal do estudo. “A supercondutividade de alto campo só ocorre quando a intensidade do campo atinge esse valor, que por si só é altamente dependente do ângulo.”
Os cientistas ainda estão debatendo o que causa esta transição metamagnética e como ela afeta a supercondutividade. Nevidomskyy disse que o novo modelo poderia ajudar a esclarecer esta questão não resolvida.
“Embora a natureza da cola de emparelhamento neste material ainda não seja compreendida, compreender que os pares de Cooper carregam momentos magnéticos é um resultado chave deste estudo e deve ajudar a orientar pesquisas futuras”, disse ele.
Equipe de pesquisa e suporte
A pesquisa envolveu Corey Frank e Nicholas Butch do NIST. Hyeok Yoon, Yun Suk Eo, Johnpierre Paglione e Gicela Saucedo Salas da Universidade de Maryland; e G. Timothy Noe e John Singleton do Laboratório Nacional de Los Alamos. O financiamento é fornecido pelo Departamento de Energia dos EUA e pela National Science Foundation.
