Pesquisadores do MIT criam supercondutor que resiste a campos magnéticos extremos

Pesquisadores do Instituto de Tecnologia de Massachusetts, da Universidade de Maryland e de Harvard sintetizaram um novo supercondutor que mantém a condução perfeita da eletricidade mesmo sob campos magnéticos extremos. O material, denominado BaTa₂S₅, apresenta camadas atômicas alternadas que permitem um mecanismo raro de emparelhamento de elétrons, segundo o portal Phys.org.

Os supercondutores conduzem eletricidade sem resistência alguma, o que os torna essenciais para diversas tecnologias avançadas. Eles são particularmente importantes no desenvolvimento de computadores quânticos, de ressonância magnética nuclear e de aceleradores de partículas de alta energia.

O novo composto se enquadra na categoria de supercondutores não convencionais, que exibem comportamentos complexos e robustos. Ele demonstrou suportar campos magnéticos superiores a 60 teslas à temperatura de 0,75 kelvin e mais de 110 teslas quando extrapolado para o zero absoluto.

O físico S. Y. Frank Zhao, primeiro autor do estudo publicado na revista Nature Physics, descreveu a estrutura em camadas do BaTa₂S₅. O material é composto por camadas supercondutoras de dissulfeto de tântalo intercaladas com camadas não supercondutoras.

Essa configuração cria uma modulação bidimensional que altera fundamentalmente o comportamento dos elétrons no sistema. Tal arranjo permite que o material suporte campos magnéticos muito além dos limites observados em supercondutores convencionais.

O limite de Pauli tipicamente restringe os supercondutores convencionais a campos de poucos teslas, dependendo da temperatura crítica específica de cada composto. Os cientistas observaram uma transição de fase dentro do estado supercondutor sem que o material perdesse sua resistência zero.

O fenômeno indica a coexistência de dois tipos distintos de supercondutividade no mesmo cristal. O BaTa₂S₅ alterna entre o estado Ising convencional e o raro estado de pares spin-triplet com spins alinhados.

Sob intensos campos magnéticos, os cristais do material se reorientam para alinhar suas camadas com a direção do campo externo. Essa reorganização diminui a energia livre do sistema e aciona uma transição de primeira ordem, identificada por medições de torque e de corrente crítica.

O composto manteve resistência elétrica nula em ambos os lados dessa transição de fase. Tal característica confirma a elevada pureza e qualidade estrutural dos cristais produzidos.

A pureza do cristal BaTa₂S₅ revelou-se essencial para a identificação precisa das fases supercondutoras coexistentes. Cálculos teóricos demonstraram que a periodicidade maior da rede enfraquece a interação spin-órbita, favorecendo o surgimento do estado triplet em campos elevados.

Fenômenos semelhantes haviam sido observados anteriormente apenas em compostos com elétrons f, como o UTe₂ e o CeRh₂As₂. O BaTa₂S₅ torna-se o primeiro material sem elétrons f a exibir essa coexistência de fases supercondutoras.

Os resultados destacam o potencial de materiais em camadas para revelar novas propriedades quânticas até então desconhecidas. A equipe já aplica a técnica de síntese para desenvolver uma família de metais de Moiré com diferentes configurações eletrônicas.

Zhao e seus colaboradores pretendem examinar os efeitos da irradiação eletrônica na supercondutividade do BaTa₂S₅. Eles buscam entender melhor a sensibilidade do material a desordens e explorar seu uso potencial em dispositivos quânticos.

A descoberta representa um avanço importante na física de materiais e na engenharia quântica. Ela demonstra como a síntese precisa em escala atômica pode gerar materiais capazes de operar em condições extremas, com aplicações promissoras em tecnologias futuras.

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