Comparar compostos 'irmãos' pode ser a chave para o quebra-cabeça quântico em materiais supercondutores

31 de agosto de 2023

Este artigo foi revisado de acordo com o processo editorial e as políticas da Science X. Os editores destacaram os seguintes atributos, garantindo a credibilidade do conteúdo:

verificado

publicação revisada por pares

fonte confiável

revisar

por Kate Blackwood, Universidade Cornell

Durante anos, os físicos têm tentado explicar um fenômeno quântico que ocorre em uma grande classe de materiais supercondutores: os elétrons nos chamados “metais estranhos” se espalham em altas taxas de maneiras afetadas pela temperatura. Descobrir por que isso acontece em certos metais não convencionais pode conter a chave para muitos quebra-cabeças de materiais quânticos, incluindo a supercondutividade de alta temperatura, há muito procurada pelos físicos como um meio mais eficiente de transferência de energia elétrica.

Em dois novos artigos, uma colaboração internacional de investigadores, incluindo físicos de Cornell, explica, ao nível microscópico, porque é que tal dispersão "Planckiana" ocorre no composto PdCrO2, enquanto não ocorre no seu quase idêntico "irmão" PdCoO2.

O espalhamento planckiano, a taxa na qual os elétrons colidem com as imperfeições do material e entre si, aumenta linearmente com a temperatura. Usando uma comparação de PdCrO2 e PdCoO2 - que são cristais muito limpos com propriedades bem documentadas - os pesquisadores fornecem pela primeira vez uma descrição quantitativamente precisa da origem da misteriosa "taxa de dispersão planckiana" em metais fortemente interagentes.

"Resistividade T-linear da dispersão magneto-elástica: aplicação ao PdCrO2" publicado em 28 de agosto em Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS).

Em vários metais estranhos, o tempo característico entre as colisões dos elétrons, entre si e contra qualquer coisa que encontrem em seu caminho, é definido pela constante de Planck e pela temperatura, disse Debanjan Chowdhury, professor assistente de física na Faculdade de Artes e Ciências. e co-autor do artigo. A grande maioria dos supercondutores de alta temperatura conhecidos, quando aquecidos acima da sua temperatura supercondutora, exibem esta propriedade.

É por isso que se acredita há algum tempo que a pista para a compreensão da origem da supercondutividade de alta temperatura reside na compreensão do fio comum entre estes materiais que leva a esta escala de tempo Planckiana universal.

"A motivação por trás desta teoria conjunta e colaboração experimental foi ter pelo menos um exemplo material onde todas as propriedades relevantes para o transporte elétrico sejam conhecidas com precisão, e construir uma teoria microscópica para a origem dos tempos de dispersão planckianos", disse Chowdhury.

“Até onde eu sei, este é um dos primeiros compostos não convencionais onde temos uma teoria quantitativa para o transporte a partir de um modelo microscópico do material, que já está em grande concordância com o experimento.”

Com grandes riscos para aplicar isso no uso de energia muito eficiente, há um enorme esforço na física da matéria condensada para entender a causa, disse Chowdhury. “O lamentável é que estes materiais supercondutores são realmente difíceis de compreender e modelar teoricamente”, disse ele. "Portanto, a nossa esperança era focar primeiro num material mais simples, limpo e realmente bem caracterizado para construir uma teoria para este fenómeno."

O material escolhido, PdCrO2, é uma "delafossita" magnética (uma espécie de mineral de óxido de cromo) que Chowdhury chama de exemplo paradigmático de um "material correlacionado interessante" com duas espécies de elétrons: um conjunto de elétrons móveis que conduzem eletricidade livremente, e outro conjunto de elétrons imóveis que exibem magnetismo. O magnetismo eletrônico no PdCrO2 é fundamental; no composto irmão PdCoO2, tudo parece igual, exceto que não há nenhum indício de magnetismo. No PdCrO2 o transporte elétrico é planckiano, enquanto no PdCoO2 não é.