Uma equipe de físicos descobriu um novo tipo de material supercondutor que é exclusivamente ajustável em resposta a estímulos externos e pode promover o desenvolvimento de computação com eficiência energética e tecnologias quânticas. Este avanço, alcançado através de tecnologia de investigação avançada, permite um controlo sem precedentes das propriedades supercondutoras e tem o potencial de revolucionar as aplicações industriais em grande escala. Espera-se que o material seja usado em circuitos supercondutores para eletrônica industrial de próxima geração.

À medida que crescem as necessidades de computação industrial, também aumentam o tamanho e o consumo de energia do hardware necessário para atender a essas necessidades. Os materiais supercondutores são uma possível solução para este problema, podendo reduzir exponencialmente o consumo de energia. Imagine resfriar um data center gigante cheio de servidores em constante funcionamento até quase o zero absoluto para permitir computação em grande escala com surpreendente eficiência energética.

Avanço na pesquisa de supercondutores

Físicos da Universidade de Washington e do Laboratório Nacional Argonne do DOE fizeram uma descoberta que poderia ajudar a concretizar este futuro mais eficiente. Os pesquisadores descobriram um material supercondutor que é particularmente sensível a estímulos externos e pode aumentar ou suprimir suas propriedades supercondutoras à vontade. Isso traz novas oportunidades para circuitos supercondutores comutáveis ​​com eficiência energética. O artigo foi publicado na Science Advances.

A supercondutividade é uma fase da mecânica quântica da matéria na qual a corrente elétrica pode fluir através de um material com resistência zero. Isso resulta em perfeita eficiência de transferência de elétrons. Os supercondutores são usados ​​nos eletroímãs mais poderosos em tecnologias avançadas, como ressonância magnética, aceleradores de partículas, reatores de fusão nuclear e até trens levitantes. Supercondutores também podem ser usados ​​em computação quântica.

Desafios e inovações

A eletrônica de hoje usa transistores semicondutores para ligar e desligar rapidamente a corrente, produzindo uns e zeros binários usados ​​no processamento de informações. Como essas correntes devem fluir através de materiais com resistência finita, parte da energia é desperdiçada na forma de calor. É por isso que os computadores esquentam com o tempo. As temperaturas necessárias para a supercondução são muito baixas, geralmente mais de 200 graus Fahrenheit abaixo de zero, portanto esses materiais não são adequados para uso em dispositivos portáteis. No entanto, pode-se imaginar a sua utilização em escala industrial.

Uma equipe de pesquisa liderada por Shua Sanchez, da Universidade de Washington, estudou um material supercondutor incomum com extraordinária sintonização. O cristal consiste em placas planas de átomos ferromagnéticos de európio imprensadas entre camadas supercondutoras de átomos de ferro, cobalto e arsênico. Sanchez disse que é extremamente raro encontrar ferromagnetismo e supercondutividade na natureza porque uma fase geralmente supera a outra.

“Esta é na verdade uma situação muito desconfortável para as camadas supercondutoras porque são penetradas pelo campo magnético dos átomos de európio circundantes, o que enfraquece a supercondutividade e leva a uma resistência finita”, disse Sanchez.

Tecnologias e resultados de pesquisa avançada

Para entender as interações entre esses estágios, Sanchez passou um ano estagiando na principal fonte de luz de raios X do país, a Advanced Photon Source (APS), uma instalação do DOE Office of Science em Argonne. Lá ele foi apoiado pelo Programa de Pesquisa de Pós-Graduação em Ciências do Departamento de Energia. Sanchez colaborou com físicos nas linhas de luz APS4-ID e 6-ID para desenvolver uma plataforma de caracterização abrangente capaz de sondar detalhes microscópicos em materiais complexos.

Usando uma combinação de técnicas de raios X, Sanchez e seus colaboradores mostraram que a aplicação de um campo magnético ao cristal pode ajustar a direção das linhas do campo magnético do európio para que fiquem paralelas à camada supercondutora. Isto elimina o antagonismo entre eles e resulta num estado de resistência zero. Usando medições elétricas e técnicas de dispersão de raios X, os cientistas conseguiram demonstrar que podiam controlar o comportamento do material.

“A natureza dos parâmetros independentes que controlam a supercondutividade é bastante fascinante porque é possível mapear a forma completa de controlar este efeito”, disse o coautor do artigo, Philip Ryan, da Universidade de Argonne. “Este potencial levanta várias ideias fascinantes, incluindo a capacidade de ajustar a sensibilidade de campo para dispositivos quânticos.”

A equipe então aplicou tensão ao cristal e os resultados foram muito interessantes. Eles descobriram que sem reorientar o campo magnético, a supercondutividade pode ser aumentada o suficiente para superar o magnetismo, ou enfraquecida a ponto de a reorientação do campo magnético não poder mais produzir um estado de resistência zero. Este parâmetro adicional permite controlar e personalizar a suscetibilidade do material ao magnetismo.

"Este material é interessante porque você pode ter múltiplas fases em competição acirrada e, ao aplicar uma pequena tensão ou campo magnético, você pode tornar uma fase mais forte que a outra, ativando ou desativando a supercondutividade", disse Sanchez. "A maioria dos supercondutores não é trocada tão facilmente."

Fonte compilada: ScitechDaily