Os pesquisadores descobriram e explicaram uma forma incomum de supercondutividade que só aparece sob campos magnéticos extremamente fortes. O trabalho foi publicado sob a liderança do físico Andrei Nevidomsky da Rice University ciência e descreve como o ditelureto de urânio (UTe2) forma um halo supercondutor distinto quando exposto a condições magnéticas intensas.
Em circunstâncias normais, os campos magnéticos perturbam os supercondutores. Mesmo campos relativamente modestos enfraquecem a supercondutividade, enquanto campos fortes geralmente a eliminam completamente quando um limite crítico é atingido. UTE2 Isso quebra as regras. Em 2019, os cientistas descobriram que pode existir supercondução em campos magnéticos centenas de vezes mais fortes do que os materiais comuns podem suportar.
“Quando vi pela primeira vez os dados experimentais, fiquei chocado”, disse Navidomsky, membro do Rice Advanced Materials Institute e do Rice Center for Quantum Materials. “A supercondutividade foi inicialmente suprimida pelo campo magnético como esperado, mas depois reapareceu em campos mais elevados e foi vista apenas como uma direção de campo estreita. Não houve explicação imediata para este comportamento intrigante.”
Uma “ressurreição” supercondutora em campos extremos
Observado pela primeira vez por equipes da Universidade de Maryland (UMD) e do Instituto Nacional de Padrões e Tecnologia (NIST), esse comportamento estranho rapidamente chamou a atenção da comunidade física. Na UTE2A supercondutividade desaparece abaixo de 10 Tesla, que já é um campo muito forte, mas retorna inesperadamente em intensidades de campo acima de 40 Tesla.
Os cientistas chamaram esse avivamento de fase de Lázaro. Parece que esta fase depende fortemente do ângulo entre o campo magnético e a estrutura cristalina do material.
Trabalhando com colaboradores da UMD e do NIST, Nevidomskyy ajudou a mapear como essa supercondutividade de alto campo muda com a direção. Suas medições mostram que a região supercondutora tem uma forma toroidal, ou semelhante a uma rosquinha, que gira em torno de um eixo específico dentro do cristal.
“Nossas medições revelaram um halo supercondutor tridimensional que envolve o eixo b sólido do cristal”, disse Sylvia Lewin do NIST, co-autora principal do estudo. “Foi um resultado surpreendente e lindo.”
Construindo um modelo para explicar olá
Para entender o que estava acontecendo, Nevidomsky desenvolveu um modelo teórico que poderia explicar as observações sem depender muito de detalhes microscópicos incertos. O modelo usa uma abordagem fenomenológica, concentrando-se no comportamento geral, e não nos processos subjacentes exatos que emparelham os elétrons em pares de Cooper.
Os resultados coincidiram muito com os dados experimentais, especialmente porque a supercondutividade muda na direção do campo magnético de uma forma incomum. O modelo mostra como a orientação desempenha um papel importante na persistência ou retorno da supercondutividade em UTe2.
Como o magnetismo e a supercondutividade interagem
O estudo também revelou que os pares de Cooper neste material se comportam como se carregassem momento angular como um objeto em rotação. Quando um campo magnético é aplicado, ele interage com esse movimento, criando um efeito direcional que produz o padrão de halo observado.
Este insight ajuda a explicar como o magnetismo e a supercondutividade podem coexistir em materiais com fortes propriedades direcionais, como o UT.e2.
“Uma das observações experimentais é um aumento repentino na magnetização da amostra, que chamamos de transição metamagnética”, disse Peter Chezka do NIST, co-autor principal do estudo. “A supercondutividade de alto campo aparece apenas quando a magnitude do campo atinge esse valor, altamente dependente do ângulo.”
Os cientistas ainda estão debatendo o que causa esta transição metamagnética e como ela afeta a supercondutividade. Navidomsky diz que o novo modelo pode ajudar a esclarecer esta questão em aberto.
“Embora a natureza da ligação do par neste material ainda não seja compreendida, saber que os pares de Cooper carregam um momento magnético é uma descoberta importante deste estudo e deve ajudar a orientar futuras investigações”, disse ele.
Equipe de pesquisa e suporte
A pesquisa envolveu Corey Frank e Nicholas Buch do NIST; Hyeok Yuon, Yun Suk Eo, Johnpierre Paglione e Gicela Saucedo Salas da UMD; e G. do Laboratório Nacional de Los Alamos. Timothy Noe e John Singleton. O financiamento foi fornecido pelo Departamento de Energia dos EUA e pela National Science Foundation.
