Pesquisadores usaram um composto de urânio, rutênio e silício (URu2Si2), que é conhecido como um "sistema de férmions pesados" para obter efeitos sobre a supercondutividade, a capacidade de alguns materiais de transportar correntes elétricas sem resistência.
© Davis Group (efeitos dos buracos Kondo na supercondutividade)
Os resultados revelaram como a substituição de apenas alguns átomos pode causar perturbações generalizadas das delicadas interações que dão ao material suas propriedades únicas, incluindo a supercondutividade.
É um sistema onde os elétrons que trafegam através do material param periodicamente para interagir com os elétrons localizados nos átomos de urânio que compõem a estrutura do cristal.
Essas interações magnéticas desaceleram os elétrons, fazendo com que pareça que eles têm uma massa extra, mas também contribui para a supercondutividade do material.
Em 2010, Séamus Davis, físico do Laboratório Nacional Brookhaven, dos Estados Unidos, e um grupo de colaboradores visualizaram esses férmions pesados pela primeira vez, usando a técnica de obtenção de imagens espectroscópicas por microscopia de tunelamento (STM-SI), que mede o comprimento de onda dos elétrons do material em relação à sua energia.
A ideia deste novo estudo foi "destruir" o sistema de férmions pesados, substituindo o tório por alguns dos átomos de urânio. O tório, ao contrário do urânio, não é magnético, portanto, em teoria, os elétrons deveriam ser capazes de se mover livremente ao redor dos átomos de tório, em vez de parar para os breves encontros magnéticos que têm com cada átomo de urânio.
Estas áreas onde os elétrons deveriam fluir livremente são conhecidas como "buracos Kondo", uma homenagem ao físico Jun Kondō que descreveu o espalhamento dos elétrons condutores devido as impurezas magnéticas.
Os elétrons fluindo livremente podem auxiliar na corrente elétrica sem resistência, mas os buracos Kondo acabam se tornando bastante destrutivos para a supercondutividade.
Trabalhando com amostras de tório dopado, feitas pelo físico Graeme Luke, na Universidade McMaster, a equipe de Davis usou sua ferramenta STM-SI para visualizar o comportamento dos elétrons.
Foram identificados inicialmente os locais dos átomos de tório na rede, e consequentemente as funções de onda da mecânica quântica dos elétrons em torno desses locais.
As medições confirmaram várias das previsões teóricas, incluindo a ideia proposta no ano passado pelo físico Dirk Morr, da Universidade de Illinois, de que as ondas de elétrons iriam oscilar descontroladamente ao redor dos buracos Kondo.
Assim, destruindo os férmions pesados, que devem emparelhar-se para o material agir como um supercondutor, os buracos Kondo interrompem a supercondutividade do material.
A técnica de visualização também revelou como apenas alguns poucos buracos Kondo podem provocar uma destruição generalizada.
O que os cientistas descobriram ao estudar esse exótico sistema de férmions pesados pode também valer para o mecanismo de outros supercondutores que operam em temperaturas mais altas.
Fonte: Proceedings of the National Academy of Sciences
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