Físicos descobrem novas propriedades da supercondutividade

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Novas descobertas feitas por uma colaboração internacional liderada por cientistas canadenses podem eventualmente levar a uma teoria de como a supercondutividade se inicia ao nível atómico, um passo fundamental na compreensão de como aproveitar o potencial de materiais que poderiam fornecer armazenamento de energia sem perdas, comboios levitando e supercomputadores ultra-rápidos.

Professor David Hawthorn, Professor Michel Gingras, Andrew Achkar, estudante de doutorado e pós-doutorado companheiro Dr. Zhihao Hao do departamento de física e astronomia da Universidade de Waterloo demonstraram experimentalmente que as nuvens de elétrons em materiais supercondutores podem agarrar em uma ordem alinhada e direcional, chamada nematicity.

"Se tornou aparente nos últimos anos que os elétrons envolvidos em supercondutividade podem formar padrões, listras ou xadrez e exibem diferentes simetrias – alinhando-se preferencialmente ao longo de uma direção," disse o Professor Hawthorn. "Esses padrões e simetrias tem importantes consequências para a supercondutividade – podem competir, conviver ou possivelmente até mesmo aumentar a supercondutividade. "

Seus resultados, publicada hoje na prestigiada revista Science, presente a evidência experimental mais directa até à data de nematicity eletrônico como uma característica universal em supercondutores de alta temperatura de cuprate.

"Neste estudo, identificamos alguns inesperado alinhamento dos elétrons – uma conclusão de que é provável genérico para os supercondutores de alta temperatura e no tempo pode acabar por ser um ingrediente-chave do problema," disse o Professor Hawthorn.

Supercondutividade, a capacidade de um material de conduzir uma corrente elétrica com resistência zero, é melhor descrita como um estado exótico em supercondutores de alta temperatura – desafiando para prever, muito menos explicar.

Os cientistas usaram uma técnica romance chamada espalhamento de raios-x moles no synchrotron canadense Light Source em Saskatoon para sondar o espalhamento de elétrons em camadas específicas na estrutura cristalina cuprate. Especificamente, os aviões cuprate individuais (CuO2), onde nematicity eletrônico toma lugar, contra as distorções cristalinas entre os aviões de CuO2.

Nematicity eletrônico acontece quando os orbitais alinham-se como uma série de hastes – quebrando sua simetria unidirecional para além da simetria da estrutura cristalina.

O termo "nematicity" normalmente se refere a quando cristais líquidos alinhar espontaneamente sob um campo elétrico em displays de cristal líquido. Neste caso, é que os orbitais eletrônicos que entram o estado nemática, como a temperatura cai abaixo de um ponto crítico.

Avanços recentes na supercondutividade de alta temperatura revelaram uma competição complexa entre o estado supercondutor e flutuações de ordem de ondas de densidade de carga. Estas oscilações periódicas na distribuição das cargas elétricas criam áreas onde os elétrons se juntem em alta-contra nuvens de baixa densidade, um fenômeno que agora é reconhecido para ser genérico para os cupratos underdoped.

Resultados deste estudo mostrar nematicity eletrônico também provavelmente ocorre em underdoped cupratos. Compreender a relação do nematicity a ordem de ondas de densidade de carga, supercondutividade e estrutura cristalina de um material individual poderiam provar importantes para identificar as origens das fases supercondutoras e os chamados pseudogap.

Os autores também encontraram a escolha do material de impactos de doping a transição para o estado nemática. Dopantes, como estrôncio, lantânio e mesmo európio adicionado para o retículo cuprate, criam distorções na estrutura de malha que pode fortalecer ou enfraquecer a nematicity e a ordem de ondas de densidade de carga na camada de CuO2.

Embora não haja ainda não um acordo na explicação por que nematicity eletrônico ocorre, em última análise, pode apresentar outro botão para sintonizar a busca para alcançar o objetivo final de um supercondutor de temperatura ambiente.

"Futuro trabalho abordará como nematicity eletrônico pode ser sintonizado, possivelmente a vantagem, modificando a estrutura cristalina," diz Hawthorn.

Hawthorn e Gingras são ambos companheiros do Instituto Canadense para pesquisa avançada. Gingras detém a cátedra de pesquisa do Canadá em teoria de matéria condensada e mecânica estatística e tempo gasto no Instituto de física teórica de perímetro como pesquisador visitante enquanto este trabalho estava sendo realizado.

[PHYS.org]

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