Cientistas da Universidade da Califórnia, em Irvine, descobriram a mecânica em escala atômica que aumenta a supercondutividade em um material à base de ferro, uma descoberta publicada recentemente na Nature .

Usando instrumentos avançados de espectroscopia localizados no Instituto de Pesquisa de Materiais da UC Irvine, os pesquisadores conseguiram obter imagens de vibrações de átomos e, assim, observar novos fônons — quasipartículas que transportam energia térmica — na interface de um filme ultrafino de seleneto de ferro (FeSe) sobreposto a um substrato de titanato de estrôncio (STO).

"Emergindo principalmente das vibrações fora do plano dos átomos de oxigênio na interface e nos oxigênios apicais no STO, esses fônons se acoplam aos elétrons devido à sobreposição espacial das funções de onda dos elétrons e fônons na interface", disse o autor principal Xiaoqing Pan, professor emérito de ciência dos materiais e engenharia da UC Irvine, titular da Cátedra Henry Samueli de Engenharia e diretor do IMRI.

"Esse forte acoplamento elétron-fônon fornece um mecanismo para o aumento da temperatura de transição da supercondutividade em FeSe ultrafino."

Os cientistas descobriram que o FeSe tem uma temperatura de transição para supercondutividade de 65 Kelvin, aproximadamente 340 graus Fahrenheit negativos, tornando-o o supercondutor de temperatura mais alta em sua classe. Eles testemunharam uma relação próxima entre o acoplamento elétron-fônon e a uniformidade da interface FeSe/STO; maior homogeneidade significa uma temperatura mais alta na qual a supercondutividade ocorre.

"Nossa abordagem de espectroscopia vibracional nos permitiu obter imagens altamente detalhadas das vibrações na interface do material supercondutor com seu substrato", disse Pan, que tem um cargo conjunto no Departamento de Física e Astronomia da UC Irvine.

"A variação observada no espaçamento entre camadas se correlaciona com a lacuna supercondutora, o que demonstra o papel crucial do espaçamento na força do acoplamento elétron-fônon e na supercondutividade."

O coautor Ruqian Wu, distinto professor de física e astronomia da UC Irvine, disse: "As resoluções espaciais e de energia ultra-altas dos instrumentos de última geração do IRMI fornecem dados experimentais excepcionais para análise teórica. Essa colaboração entre simulações teóricas e observações experimentais permite a identificação precisa de contribuições atômicas individuais para o aprimoramento da temperatura de transição supercondutora, aprofundando nossa compreensão da supercondutividade em interfaces heterogêneas."

Pan disse que os resultados de sua equipe são um passo importante para alcançar a fabricação e utilização escaláveis de supercondutores em uma variedade de aplicações, incluindo computadores quânticos, transporte em massa por levitação magnética e dispositivos avançados de diagnóstico e tratamento médico.