Tecnologia Científica

Por que o ultracongelamento de materiais à base de ferro os torna magnéticos e supercondutores
A descoberta pode levar a aplicações em tecnologias de energia verde e no desenvolvimento de dispositivos supercondutores, como hardware de computador de última geração.
Por Vittoria D'alessio, - 01/06/2021


O magnetismo pode ser gerado simplesmente passando uma corrente por um fio, mas como ele interage com outros fenômenos físicos (como a supercondutividade) é envolto em mistério. Crédito: University of Bath

Físicos da Universidade de Bath, no Reino Unido, em colaboração com pesquisadores dos EUA, descobriram um novo mecanismo para permitir que o magnetismo e a supercondutividade coexistam no mesmo material. Até agora, os cientistas só podiam imaginar como essa coexistência incomum poderia ser possível. A descoberta pode levar a aplicações em tecnologias de energia verde e no desenvolvimento de dispositivos supercondutores, como hardware de computador de última geração.

Como regra, a supercondutividade (a capacidade de um material de passar uma corrente elétrica com eficiência perfeita) e o magnetismo (visto em funcionamento em ímãs de geladeira) são companheiros de cama ruins porque o alinhamento das minúsculas partículas magnéticas eletrônicas em ferromagnetos geralmente leva à destruição de os pares de elétrons responsáveis ​​pela supercondutividade. Apesar disso, os pesquisadores de Bath descobriram que o supercondutor à base de ferro RbEuFe4As4, que é supercondutor abaixo de -236 ° C, exibe supercondutividade e magnetismo abaixo de -258 ° C.

O estudante de pós-graduação em física David Collomb, que liderou a pesquisa, explicou: "Há um estado em alguns materiais em que, se você os resfriar muito - significativamente mais frios do que a Antártica - eles se tornam supercondutores. Mas para que essa supercondutividade seja levada para a próxima- Em aplicações de nível, o material precisa mostrar coexistência com propriedades magnéticas , o que nos permitiria desenvolver dispositivos que operam em um princípio magnético, como memória magnética e computação usando materiais magnéticos , para também usufruir dos benefícios da supercondutividade.

"O problema é que a supercondutividade geralmente é perdida quando o magnetismo é ativado. Por muitas décadas, os cientistas tentaram explorar uma série de materiais que têm ambas as propriedades em um único material, e recentemente os cientistas de materiais tiveram algum sucesso na fabricação de um punhado de materiais Porém, enquanto não entendermos porque a coexistência é possível, a busca por esses materiais não pode ser feita com um pente tão fino.

"Esta nova pesquisa nos dá um material que tem uma ampla faixa de temperatura onde esses fenômenos coexistem, e isso nos permitirá estudar a interação entre magnetismo e supercondutividade mais de perto e em grande detalhe. Esperançosamente, isso resultará em sermos capazes de identificar o mecanismo pelo qual essa coexistência pode ocorrer. "

À esquerda: um cristal revestido de ouro - o revestimento de ouro permite que a
ferramenta de imagem magnética fique a nanômetros da superfície do material.
À direita: uma imagem magnética de um segmento do cristal mostrando os
vórtices (buracos escuros) que foram estudados.
Crédito: University of Bath

Em um estudo publicado na Physical Review Letters , a equipe investigou o comportamento incomum de RbEuFe4As4 criando mapas de campo magnético de um material supercondutor conforme a temperatura baixava. Para sua surpresa, eles descobriram que os vórtices (os pontos no material supercondutor onde o campo magnético penetra) mostraram um alargamento pronunciado próximo à temperatura de -258 ° C, indicando uma forte supressão da supercondutividade quando o magnetismo foi ligado.
 
Essas observações concordam com um modelo teórico recentemente proposto pelo Dr. Alexei Koshelev do Laboratório Nacional de Argonne, nos EUA. Esta teoria descreve a supressão da supercondutividade por flutuações magnéticas devido aos átomos de Európio (Eu) nos cristais. Aqui, a direção magnética de cada átomo de Eu começa a flutuar e se alinhar com os outros, conforme o material cai abaixo de uma determinada temperatura. Isso faz com que o material se torne magnético. Os pesquisadores de Bath concluem que, embora a supercondutividade seja consideravelmente enfraquecida pelo efeito magnético, ela não é totalmente destruída.

"Isso sugere que em nosso material, o magnetismo e a supercondutividade são mantidos separados um do outro em suas próprias subredes, que interagem minimamente", disse Collomb.

"Este trabalho avança significativamente a nossa compreensão desses raros fenômenos coexistentes e pode levar a possíveis aplicações em dispositivos supercondutores do futuro. Ele vai gerar uma busca mais profunda em materiais que exibem supercondutividade e magnetismo . Esperamos que também incentive os pesquisadores em mais campos aplicados para pegar alguns desses materiais e fazer os dispositivos de computação de próxima geração com eles.

"Esperançosamente, a comunidade científica entrará gradualmente em uma era em que passaremos da pesquisa do céu azul para a fabricação de dispositivos com esses materiais. Em uma década ou mais, poderemos ver dispositivos protótipos usando essa tecnologia que fazem um trabalho real."

Os colaboradores americanos para este projeto foram o Argonne National Laboratory, a Hofstra University e a Northwestern University.

 

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