Os pesquisadores encontraram evidências de que a supercondutividade pode ser controlada alterando o entorno do material, um avanço que poderia levar a uma eletrônica mais eficiente e a tecnologias quânticas poderosas.
A supercondutividade permite que certos materiais transmitam eletricidade com perda zero de energia quando resfriados abaixo de uma temperatura crítica. Embora os cientistas tenham estudado este fenómeno durante décadas, muitos dos seus mecanismos subjacentes permanecem pouco compreendidos. Uma compreensão mais profunda de como as formas de supercondutividade poderiam ajudar os pesquisadores a projetar materiais melhores e a melhorar futuros dispositivos eletrônicos e quânticos.
Grafeno torcido revela comportamento incomum
A pesquisa, liderada por Chun Ning (Jeanie) Lau, professor de física na Ohio State University, concentrou-se em um material de engenharia especializado chamado grafeno de bicamada torcida. O material é feito empilhando dois pedaços de carbono e girando-os levemente um em relação ao outro.
A equipe de pesquisa combinou a estrutura do grafeno com titanato de estrôncio, um material sintético semelhante ao diamante. Essa configuração permite que os cientistas observem e influenciem como os elétrons interagem dentro do sistema.
As interações eletrônicas desempenham um papel importante na determinação de propriedades como magnetismo e ligações químicas. Nos supercondutores, os elétrons são emparelhados de uma maneira especial que permite que a eletricidade flua sem resistência. Ao ajustar o ambiente em torno do material, a equipe descobriu que poderia fortalecer ou enfraquecer essas interações e ativar e desativar efetivamente a supercondutividade.
“Os elétrons normalmente se repelem, mas nos supercondutores eles formam pares; essa formação de pares é a chave para a capacidade do supercondutor de conduzir eletricidade sem dissipá-la”, disse Liu. “Nossas evidências mostram que os próprios elétrons são inesperadamente importantes para mudanças materiais, dependendo de sua sensibilidade ao ambiente próximo.”
A descoberta desafia a teoria convencional da supercondutividade
Os pesquisadores ficaram surpresos com uma de suas descobertas. Quando adicionaram certos ajustes no material, a supercondutividade tornou-se mais fraca em vez de mais forte.
Este comportamento difere do que os cientistas normalmente observam nos supercondutores tradicionais, onde a redução das forças repulsivas entre os elétrons normalmente aumenta a supercondutividade. Este resultado inesperado destaca que materiais incomuns, como o grafeno de dupla camada torcida, podem se comportar de maneira muito diferente dos supercondutores tradicionais.
“Se a energia puder ser transmitida sem perda de energia, isso será muito importante para as tecnologias que usamos em nossas vidas diárias”, disse Liu. “Embora questões fundamentais ainda exijam respostas, este trabalho fornece essencialmente um caminho para novos mecanismos físicos.”
A descoberta também pode ajudar os pesquisadores a se aproximarem de um dos maiores objetivos da área: desenvolver supercondutores que operem em temperaturas mais altas, possivelmente até mesmo em temperatura ambiente. Alcançar este marco poderia remodelar significativamente a electrónica, os sistemas de comunicação e a tecnologia de transmissão de energia.
O potencial para uma eletrônica mais eficiente
Os resultados da pesquisa foram publicados em física naturalpropôs uma maneira mais simples de controlar as condições necessárias para criar supercondutividade.
Muitos supercondutores de alta temperatura enfrentam atualmente limitações que reduzem seu desempenho. Os pesquisadores acreditam que a manipulação do entorno desses materiais poderia fornecer uma nova maneira de aprimorar suas capacidades e tornar a eletrônica do futuro mais eficiente.
O autor principal, Gao, estudante de doutorado em física na Universidade Estadual de Ohio, disse que a equipe espera que os resultados sejam úteis em muitos experimentos e sistemas de materiais diferentes em todo o campo.
“O mecanismo supercondutor do sistema de grafeno de dupla camada torcida que usamos ainda não está claro”, disse Gao. “Mas nossos resultados podem esclarecer e ajudar as pessoas a compreender melhor o conceito ao aplicá-lo em trabalhos futuros.”
Pesquisadores planejam novos experimentos
Os cientistas alertam que o trabalho representa um passo inicial na compreensão de uma gama mais ampla de interações eletrônicas complexas. Pesquisas futuras irão explorar outros tipos de interação e investigar outras questões físicas levantadas por este estudo.
“Estamos demonstrando capacidades que nunca foram demonstradas antes, muitas pessoas na área estão muito entusiasmadas com os resultados”, disse Liu.
Outros coautores do estado de Ohio incluem Aatmaj Rajesh, Emilio Codecido, Daria Sharifi, Zheneng Zhu, Youwei Liu e Marc Bockrath. Os colaboradores incluem Alejandro Jimeno-Pozo, Pierre Pantaleon e Paco Guinea da Imdea Nanoscience na Espanha.
A pesquisa foi apoiada pelo Departamento de Energia e pela National Science Foundation.
