Tecnologia Científica

Composto de urânio atinge condutividade Nernst anômala recorde
O resultado abre um novo potencial para os elementos actinídeos na parte inferior da tabela periódica e aponta para uma nova direção na pesquisa em materiais quânticos topológicos.
Por Laboratório Nacional de Los Alamos - 27/03/2021


Pesquisa publicada na Science Advances descobriu que o grande acoplamento spin-órbita e fortes correlações eletrônicas em um sistema de urânio-cobalto-alumínio dopado com rutênio resultou em uma condutividade Nernst anômala colossal. O urânio e as ligas de actinídeo são materiais promissores para estudar a interação entre a topologia de um material e as fortes correlações de elétrons, que podem um dia ter aplicações em tecnologias de informação quântica. Crédito: Laboratório Nacional de Los Alamos

Uma nova pesquisa demonstrou que um composto de urânio magnético pode ter fortes propriedades termoelétricas, gerando quatro vezes a tensão transversal do calor do que o registro anterior em um composto de cobalto-manganês-gálio. O resultado abre um novo potencial para os elementos actinídeos na parte inferior da tabela periódica e aponta para uma nova direção na pesquisa em materiais quânticos topológicos.

"Descobrimos que o grande acoplamento spin-órbita e fortes correlações eletrônicas em um sistema de urânio-cobalto-alumínio dopado com rutênio resultou em uma condutividade Nernst colossal anômala", disse Filip Ronning, principal investigador do artigo publicado hoje na Science Advances . Ronning é diretor do Instituto de Ciência de Materiais do Laboratório Nacional de Los Alamos. "Isso ilustra que o urânio e as ligas de actinídeo são materiais promissores para estudar a interação entre a topologia de um material e as fortes correlações de elétrons. Estamos muito interessados ​​em compreender, ajustar e, eventualmente, controlar essa interação, então, esperançosamente, um dia poderemos explorar alguns deles respostas notáveis. "

A resposta de Nernst ocorre quando um material converte um fluxo de calor em uma voltagem elétrica. Este fenômeno termoelétrico pode ser explorado em dispositivos que geram eletricidade a partir de uma fonte de calor. O exemplo atual mais notável são os geradores termoelétricos de radioisótopos (RTGs) que foram desenvolvidos em parte em Los Alamos. Os RTGs usam o calor da decomposição radioativa natural do plutônio-238 para gerar eletricidade - um desses RTG está atualmente alimentando o rover Perseverance em Marte.

"O que é empolgante é que esse efeito colossal anômalo de Nernst parece ser devido à rica topologia do material. Essa topologia é criada por um grande acoplamento spin-órbita, que é comum em actinídeos", disse Ronning. "Uma consequência da topologia em metais é a geração de uma velocidade transversal, que pode dar origem a uma resposta de Nernst como observamos. Ela também pode gerar outros efeitos, como novos estados de superfície que podem ser úteis em várias tecnologias de informação quântica."

O sistema de urânio estudado pela equipe de Los Alamos gerou 23 microvolts por kelvin de mudança de temperatura - quatro vezes maior do que o recorde anterior, que foi descoberto em uma liga de cobalto-manganês-gálio há alguns anos e também atribuído a esses tipos de origens.

 

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