Pesquisadores descobriram evidências de que a supracondutividade pode ser controlada ao alterar o ambiente ao redor de um material, um avanço que pode eventualmente levar a eletrônicos mais eficientes e poderosas tecnologias quânticas.
A supracondutividade permite que certos materiais conduzam eletricidade sem perda de energia quando resfriados abaixo de uma temperatura crítica. Embora os cientistas tenham estudado o fenômeno por décadas, muitos de seus mecanismos subjacentes ainda são mal compreendidos. Obter uma visão mais profunda sobre como a supracondutividade se forma pode ajudar os pesquisadores a projetar melhores materiais e melhorar dispositivos eletrônicos e quânticos futuros.
Grafeno Torcido Revela Comportamento Incomum
O estudo, liderado por Chun Ning (Jeanie) Lau, professora de física na Universidade Estadual de Ohio, focou em um material especialmente projetado conhecido como grafeno bicamada torcido. O material é feito empilhando duas folhas de carbono e rotacionando uma ligeiramente em relação à outra.
A equipe de pesquisa combinou a estrutura de grafeno com titanato de estrôncio, um material sintético semelhante ao diamante. Este arranjo permitiu que os cientistas observassem e influenciassem como os elétrons interagiam dentro do sistema.
As interações entre elétrons desempenham um papel importante na determinação de propriedades como magnetismo e ligação química. Em supraconductores, os elétrons se emparelham de uma maneira especial que permite que a eletricidade flua sem resistência. Ao ajustar o ambiente ao redor do material, a equipe descobriu que poderia fortalecer ou enfraquecer essas interações e, efetivamente, ligar ou desligar a supracondutividade.
“Os elétrons normalmente se repelem, mas em supracondutores eles formam pares; essa formação de pares é a chave para a capacidade de um supercondutor de conduzir eletricidade sem dissipação,” disse Lau. “Nossas evidências sugerem que os próprios elétrons, dependendo de sua sensibilidade ao ambiente ao redor, são inesperadamente importantes para as mudanças nos materiais.”
Descoberta Desafia a Teoria Tradicional do Supraconductor
Os pesquisadores ficaram surpresos com uma de suas descobertas. Ao aumentarem certos ajustes dentro do material, a supracondutividade se tornou mais fraca em vez de mais forte.
Esse comportamento difere do que os cientistas normalmente observam em supracondutores convencionais, onde a redução das forças repulsivas entre os elétrons geralmente fortalece a supracondutividade. O resultado inesperado destaca como materiais incomuns como o grafeno bicamada torcido podem se comportar de maneira muito diferente dos supracondutores tradicionais.
“Se você pudesse transmitir eletricidade sem perda de energia, isso seria imensamente importante para tecnologias usadas em nosso dia a dia,” disse Lau. “Apesar das questões fundamentais que ainda precisam de respostas, esse trabalho basicamente fornece um caminho em direção a um novo tipo de mecanismo físico.”
A descoberta também pode ajudar os pesquisadores a se aproximarem de um dos maiores objetivos do campo: desenvolver supracondutores que funcionem a temperaturas muito mais altas, potencialmente até mesmo à temperatura ambiente. Alcançar esse marco poderia remodelar dramaticamente a eletrônica, sistemas de comunicação e tecnologias de transmissão de energia.
Potencial para Eletrônicos Mais Eficientes
As descobertas, publicadas na Nature Physics, sugerem um método mais simples para controlar as condições necessárias para criar supracondutividade.
Atualmente, muitos supracondutores de alta temperatura enfrentam limitações que reduzem seu desempenho. Os pesquisadores acreditam que manipular o ambiente ao redor desses materiais pode fornecer uma nova maneira de melhorar suas capacidades e aumentar a eficiência em eletrônicos futuros.
Segundo o autor principal Xueshi Gao, um estudante de doutorado em física na Ohio State, a equipe espera que os resultados se tornem úteis para muitos experimentos diferentes e sistemas de materiais em todo o campo.
“O mecanismo da supracondutividade no sistema de grafeno bicamada torcido que usamos ainda não é bem compreendido,” disse Gao. “Mas nosso resultado pode lançar luz e ajudar as pessoas a entender melhor o conceito ao aplicá-lo a trabalhos futuros.”
Pesquisadores Planejam Novos Experimentos
Os cientistas alertam que o trabalho representa um primeiro passo para entender uma gama muito mais ampla de interações eletrônicas complexas. Pesquisas futuras explorarão outros tipos de interação e investigarão questões físicas adicionais levantadas pelo estudo.
“Estamos mostrando capacidades que não havíamos demonstrado antes, então muitas pessoas no campo estão realmente animadas com esse resultado,” disse Lau.
Autores adicionais da Ohio State incluem Aatmaj Rajesh, Emilio Codecido, Daria Sharifi, Zheneng Zhang, Youwei Liu e Marc Bockrath. Colaboradores também incluíram Alejandro Jimeno-Pozo, Pierre Pantaleon e Paco Guinea do Imdea Nanoscience, na Espanha, juntamente com Kenji Watanabe e Takashi Taniguchi do Instituto Nacional de Ciências dos Materiais no Japão.
A pesquisa foi apoiada pelo Departamento de Energia e pela Fundação Nacional de Ciências.
