Um novo capítulo na busca por supercondutores de alta temperatura foi aberto com a síntese de filmes finos de niquelato de samário em fase de camada infinita. Em artigo publicado neste sábado (14), na revista Nature Communications, a equipe liderada por pesquisadores da City University of Hong Kong e da Southern University of Science and Technology relata transições supercondutoras de até 32,5 kelvin (K) — um dos maiores valores já obtidos sob pressão ambiente nessa família de materiais.

O estudo, intitulado “Enhanced superconductivity and mixed-dimensional behaviour in infinite-layer samarium nickelate thin films”, amplia a família dos niquelatos supercondutores descobertos em 2019 e reforça uma tendência: quanto menor o parâmetro cristalino ao longo do eixo c — isto é, a distância entre os planos ativos de níquel e oxigênio — maior tende a ser a temperatura crítica (Tc).

A supercondutividade em niquelatos de camada infinita foi observada pela primeira vez em 2019, também pelo grupo de Danfeng Li, em compostos à base de neodímio. Desde então, as pesquisas têm buscado paralelos com os cupratos — campeões históricos da supercondutividade de alta temperatura — e tentado entender o papel dos íons de terras raras na física desses sistemas.

Até agora, os materiais supercondutores dessa classe estavam concentrados nas séries de lantânio, praseodímio e neodímio. O novo trabalho introduz, pela primeira vez, filmes finos supercondutores de Sm1-xSrxNiO2 , além de variantes codopadas com cálcio e európio. “Demonstramos supercondutividade em Sm1-xSrxNiO2 pela primeira vez”, afirmam os autores.

A estratégia central foi aplicar “pressão química” — substituir parcialmente o cátion de terra rara por íons menores, reduzindo o espaçamento cristalino e alterando a largura de banda eletrônica. Nos filmes crescidos sobre substratos LSAT, o parâmetro c chegou a 3,26 ångströms, o menor já relatado para niquelatos de camada infinita em filmes finos.

Os experimentos mostram uma correlação clara entre a contração do eixo c e o aumento de Tc. Enquanto compostos à base de lantânio apresentam Tc típico entre 10 e 12 K, os sistemas com samário atingem 24–28 K e, no melhor caso, 32,5 K.

“Observamos uma tendência fundamental de aumento da temperatura crítica à medida que o parâmetro do eixo c diminui”, escrevem os autores. A conclusão sugere que o acoplamento entre planos — antes considerado secundário frente à física bidimensional — pode desempenhar papel decisivo.

Essa interpretação é reforçada por medidas de magnetotransporte sob campos de até 35 teslas. As curvas de campo crítico superior (Hc2) revelam comportamento híbrido entre duas e três dimensões, descrito por um modelo que combina a teoria de Tinkham (2D) e o formalismo de Ginzburg-Landau anisotrópico (3D). O coeficiente de mistura extraído dos ajustes indica que a supercondutividade não é puramente bidimensional.

Outro resultado relevante envolve o európio. Amostras contendo Eu exibiram magnetorresistência negativa no estado normal — fenômeno ausente nos filmes sem esse elemento.  Segundo os autores, isso pode refletir interação entre momentos magnéticos localizados dos elétrons 4f do Eu2+ e elétrons itinerantes 3d do níquel, evocando cenários próximos à física de rede de Kondo.

“A presença de Eu altera não apenas o parâmetro estrutural, mas também o acoplamento eletrônico entre orbitais 5d da terra rara e 3d do níquel”, destacam os pesquisadores, com base em medidas de espalhamento inelástico de raios X ressonante (RIXS).

A síntese desses filmes exigiu controle rigoroso das condições de deposição por laser pulsado e da etapa posterior de redução topotática com hidreto de cálcio, em temperaturas entre 270 °C e 310 °C. Os filmes finais têm espessura de cerca de 9 nanômetros e exibem alta qualidade cristalina, segundo imagens de microscopia eletrônica de transmissão.

Do ponto de vista científico, os resultados ampliam o “mapa” dos niquelatos supercondutores e oferecem diretrizes claras de engenharia estrutural. “Nossos achados encorajam princípios de design para descobrir novos supercondutores de camada infinita com Tc ainda maior”, concluem os autores.

Embora as temperaturas alcançadas ainda estejam abaixo das dos cupratos mais avançados, o avanço reforça a expectativa de que os niquelatos possam se tornar um laboratório privilegiado para entender os mecanismos da supercondutividade não convencional — e, possivelmente, pavimentar o caminho para materiais com aplicações tecnológicas mais acessíveis, como dispositivos quânticos, sensores de altíssima sensibilidade e transmissão elétrica sem perdas.

A corrida continua, agora com um novo protagonista na tabela periódica: o samário.