Cientistas descobriram um supercondutor pioneiro com interruptores liga-desliga

Uma equipe de físicos descobriu um novo material supercondutor com uma capacidade única de sintonizar estímulos externos, prometendo avanços na computação com eficiência energética e na tecnologia quântica. Este avanço, alcançado através de técnicas avançadas de investigação, permite um controlo sem precedentes sobre as propriedades supercondutoras, revolucionando potencialmente as aplicações industriais em grande escala.

Os materiais têm aplicações potenciais em circuitos supercondutores para eletrônica industrial de próxima geração.

Os pesquisadores usaram uma fonte avançada de fótons para investigar as propriedades raras deste material, abrindo caminho para uma computação mais eficiente em escala.

À medida que as necessidades de computação industrial aumentam, também aumentam o tamanho e o consumo de energia do hardware necessário para atender a essas necessidades. Uma solução potencial para este dilema pode ser encontrada em materiais supercondutores, que podem reduzir significativamente o consumo de energia. Imagine resfriar um data center gigante cheio de servidores funcionando quase constantemente Zero absolutopermitindo que cálculos em grande escala sejam realizados com incrível eficiência energética.

Avanço na pesquisa de supercondutividade

Físicos da Universidade de Washington e do Laboratório Nacional Argonne do Departamento de Energia dos EUA fizeram uma descoberta que pode ajudar a permitir este futuro mais eficiente. Os pesquisadores descobriram um material supercondutor que é exclusivamente sensível a estímulos externos, permitindo que as propriedades supercondutoras sejam aprimoradas ou suprimidas à vontade. Isso abre novas oportunidades para circuitos supercondutores comutáveis ​​e com eficiência energética. O artigo foi publicado em Avanço da ciência.

Supercondutividade é uma fase da mecânica quântica da matéria onde uma corrente elétrica pode fluir através de um material com resistência zero. Isso resulta em ótima eficiência de transferência eletrônica. Os supercondutores são usados ​​nos eletroímãs mais poderosos para tecnologias avançadas, como ressonância magnética, aceleradores de partículas, reatores de fusão e até trens aéreos. Usos de supercondutores também foram encontrados em… Estatísticas quantitativas.

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Desafios e inovações em tecnologias de supercondutividade

A eletrônica de hoje usa transistores semicondutores para ligar e desligar rapidamente correntes elétricas, criando os diodos e cifras usados ​​no processamento de informações. Como essas correntes devem fluir através de materiais com resistência elétrica limitada, parte da energia é desperdiçada na forma de calor. É por isso que seu computador fica mais quente com o tempo. As baixas temperaturas necessárias para a supercondutividade são normalmente superiores a 200 graus F Abaixo do ponto de congelamento, este material é impraticável para dispositivos portáteis. No entanto, pode ser útil a nível industrial.

A equipe de pesquisa liderada por Chua Sanchez do universidade de Washington, investigando um material supercondutor incomum com sintonização excepcional. Este cristal consiste em folhas planas de átomos magnéticos de európio imprensados ​​entre camadas supercondutoras de átomos de ferro, cobalto e arsênico. Encontrar ferromagnetismo e supercondutividade juntos na natureza é extremamente raro, segundo Sanchez, com uma fase geralmente dominando a outra.

“Na verdade, é uma situação muito desconfortável para as camadas supercondutoras, pois são perfuradas por campos magnéticos dos átomos de európio circundantes”, disse Sanchez. “Isso enfraquece a supercondutividade e resulta em resistência elétrica limitada.”

Técnicas e resultados avançados de pesquisa

Para entender a interação entre essas fases, Sanchez passou um ano como residente em uma das principais fontes de luz de raios X do país, a Advanced Photon Source (APS), uma instalação do DOE Office of Science em Argonne. Enquanto estava lá, ele recebeu apoio do Programa de Pesquisa para Estudantes de Pós-Graduação em Ciências do Departamento de Energia. Trabalhando com físicos nas linhas de luz APS 4-ID e 6-ID, Sanchez desenvolveu uma plataforma de caracterização abrangente capaz de examinar os detalhes microscópicos de materiais complexos.

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Usando uma combinação de técnicas de raios X, Sanchez e seus colaboradores conseguiram mostrar que a aplicação de um campo magnético ao cristal poderia redirecionar as linhas do campo magnético do európio para correr paralelamente às camadas supercondutoras. Isto elimina os seus efeitos antagónicos e resulta num estado de resistência zero. Usando medições elétricas e técnicas de dispersão de raios X, os cientistas conseguiram confirmar sua capacidade de controlar o comportamento da matéria.

“A natureza dos factores independentes que controlam a supercondutividade é tão fascinante que é possível traçar uma forma completa de controlar este efeito”, disse Philip Ryan de Argonne, co-autor do artigo. “Esta possibilidade levanta muitas ideias fascinantes, incluindo a capacidade de regular a sensibilidade de campo de dispositivos quânticos.”

A equipe então aplicou pressões no cristal para obter resultados interessantes. Eles descobriram que a supercondutividade poderia ser fortalecida o suficiente para superar o magnetismo mesmo sem o redirecionamento do campo ou enfraquecida o suficiente para que a reorientação magnética não pudesse produzir um estado de resistência zero. Este parâmetro adicional permite controlar e personalizar a sensibilidade do material ao magnetismo.

“Este material é interessante porque há uma competição intensa entre múltiplas fases e, ao aplicar uma pequena pressão ou campo magnético, você pode promover uma fase sobre a outra para ligar e desligar a supercondutividade”, disse Sanchez. “A grande maioria dos supercondutores não é tão facilmente conversível.”

Referência: “Supercondutividade induzida por campo comutável” por Joshua J. Sanchez, Gilberto Fabres, Youngseong Choi, Jonathan M. DeStefano, Elliott Rosenberg, Yue Shi, Paul Malinowski, Yina Huang, Igor Mazin, Jung-Woo Kim, Jeon-Hao Cho e Philip J. Ryan, 24 de novembro de 2023, Avanço da ciência.
doi: 10.1126/sciadv.adj5200

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