&bala; Física 18, 82
Novos experimentos com filmes finos supercondutores revelam uma coexistência inesperada entre dois estados supercondutores – um no quantity e o outro na superfície.
Para entender os supercondutores, os pesquisadores exploram seu comportamento nos limites da supercondutividade, como a alta temperatura ou no forte campo magnético. Novos experimentos investigam a supercondutividade nos limites da espessura, encontrando comportamento inesperado de vórtice em filmes ultrafinos (1). Utilizando uma técnica de imagem magnética de alta resolução, Nofar Fridman, da Universidade Hebraica de Jerusalém, e colegas mediram o tamanho dos vórtices em amostras supercondutoras de várias espessuras e fundaram vórtices maiores previstos em filmes compostos de seis ou menos camadas atômicas. Os resultados sugerem que os supercondutores finos hospedam dois estados supercondutores: um na maior parte do materials, o outro confinado às camadas da superfície. Esse comportamento desafia nossa compreensão atual de como os supercondutores se comportam.
Quando um supercondutor é exposto a um campo magnético externo, gera correntes de triagem elétrica, que geram um campo de contador magnético, explica Yonathan Anahory da Universidade Hebraica de Jerusalém. O efeito líquido é que as linhas de campo externas dobram ao redor do supercondutor sem penetrar no materials.
No entanto, a situação muda em filmes finos supercondutores, onde a capacidade do materials de expulsar os campos magnéticos completamente é enfraquecida. Em vez de ser totalmente excluído, o campo entra no filme por meio de colunas estreitas, chamadas vórtices, em torno do qual as correntes de triagem supercondutores fluem. Dentro de cada vórtice, existe exatamente um quantum de fluxo magnético.
O tamanho de um vórtice é indicativo da eficácia das correntes de triagem no confinamento do campo magnético dentro do vórtice. Se as correntes forem fortes, o campo magnético ao redor do vórtice cairá abruptamente para zero. Mas se as correntes forem fracas, o campo magnético penetrará uma certa distância no materials. Para filmes finos, essa distância de penetração é chamada de comprimento de pérola. Os físicos assumiram amplamente que o comprimento da pérola deve aumentar à medida que as amostras supercondutoras se tornam mais finas, levando a tamanhos de vórtice cada vez maiores. No entanto, essa suposição não foi testada em amostras de poucas átomos até agora.
Em seu estudo, Fridman e colegas investigaram filmes de desleneto de nióbio (NBSE2), um tipo de supercondutor em camadas cuja espessura pode ser rigidamente controlada, mesmo até escalas atômicas. Para explorar o comportamento do vórtice, os pesquisadores usaram uma técnica de imagem magnética de alta resolução chamada microscopia de escaneamento de lula, o que lhes permitiu medir variações extremamente sutis na força do campo magnético nas superfícies de seus filmes supercondutores, diz Anahory.
O magnetômetro de lula consiste em uma pequena pipeta revestida com chumbo – que também se torna um supercondutor a baixas temperaturas. Examinando a pipeta sobre o NBSE2 As correntes de triagem de superfície e triagem geradas no revestimento de chumbo permitiram à equipe determinar os locais e os tamanhos da NBSE2 vórtices. A partir dos tamanhos, os pesquisadores estimaram o comprimento da pérola.
Para examinar a influência da espessura no comprimento da pérola do materials, Fridman e colegas aplicaram a técnica de lula para NBSE2 amostras que variam de 53 camadas atômicas até apenas 3 camadas. Para as amostras mais espessas, eles descobriram que o comprimento da pérola aumentou à medida que a espessura diminuiu, como esperado. Mas a situação mudou para as amostras mais finas, com o platô de comprimento de pérola a um valor constante de cerca de 0,1 mm – par superior à equipe esperava.
Para explicar esse comportamento, os pesquisadores propuseram que dois estados supercondutores possam estar coexistindo dentro da NBSE2. Para os filmes mais espessos, as correntes de triagem fluem por toda a maior parte da amostra – com a força das correntes, dependendo da espessura da amostra. Mas quando as amostras se tornam ultrafinas, outro estado começa a dominar, onde as correntes de triagem estão presentes apenas nas camadas de superfície, diz Anahory. Isso significaria que a força de triagem do materials se torna extremamente fraca – mas também permanece constante, mesmo à medida que a espessura varia.
A descoberta levanta a questão de saber se esses mesmos estados coexistentes podem ser encontrados em outros tipos de supercondutores ultrafinos, diz Christophe Berthod, um físico de matéria condensada da Universidade de Genebra, que não estava envolvida no estudo. “São necessárias duas condições para que isso (coexistência) ocorra”, diz ele. Primeiro, a estrutura eletrônica das superfícies da amostra deve diferir da do quantity de alguma maneira essencial. Segundo, a supercondutividade a granel deve desaparecer em amostras ultrafinas. Por enquanto, ainda não está claro se essas duas condições poderiam ser atendidas simultaneamente em outros supercondutores ultrafinos.
No entanto, de acordo com Hermann Subdew, um físico de matéria condensada da Universidade Autônoma de Madri, a pergunta poderá ser respondida em breve através de futuras experiências. “Seria bom fazer o mesmo experimento em um filme fino amorfo ultrafino”, diz ele. “Lá, espera -se que o sistema seja homogêneo até a superfície – a menos que há outra surpresa!”
–Samuel Jarman
Samuel Jarman é um escritor de ciências com sede no Reino Unido.
Referências
- N. Fridman et al.“Dependência anômala da espessura do comprimento da pérola do vórtice na NBSE de poucas camadas” Nat. Comun. 162696 (2025).
