Este diagrama esquemático mapeia a energia de ligação (ou lacuna de energia supercondutora) de elétrons individuais em um supercondutor de óxido de cobre (cuprato), medido por um microscópio sensível à varredura na superfície. O tamanho dos blobs azuis e amarelos ao redor dos átomos individuais (hastes vermelhas com pontas de seta indicando suas orientações de giro) indica o tamanho do gap de energia (quanto maiores os blobs, maior o gap e mais forte a ligação dos pares de elétrons naquele local). Observe como, ao digitalizar pelas linhas horizontais, o padrão aumenta para o máximo, depois diminui para o mínimo (sem blobs), aumenta para outro máximo com a orientação oposta (blobs amarelo e azul alternados) e, em seguida, um mínimo novamente, repetindo esse padrão a cada oito linhas. Essas modulações são a primeira evidência direta de uma “onda de densidade de pares”, um estado da matéria que coexiste com supercondutividade e pode desempenhar um papel em seu surgimento. Crédito: Brookhaven National Laboratory Durante anos, os físicos tentam decifrar os detalhes eletrônicos dos supercondutores de alta temperatura. Esses materiais podem revolucionar a transmissão de energia e a eletrônica devido à sua capacidade de transportar corrente elétrica sem perda de energia quando resfriados abaixo de uma certa temperatura. Detalhes da estrutura eletrônica microscópica dos supercondutores de “alta Tc” podem revelar como diferentes fases (estados da matéria) competem ou interagem com a supercondutividade – um estado no qual elétrons carregados de alguma maneira superam sua repulsa para emparelhar e fluir livremente. O objetivo final é entender como fazer esses materiais agirem como supercondutores, sem a necessidade de super-resfriamento. Agora, os cientistas que estudam supercondutores de alta Tc no Laboratório Nacional Brookhaven do Departamento de Energia dos EUA têm evidências definitivas da existência de um estado da matéria conhecido como onda de densidade de pares – previsto pela primeira vez por teóricos há 50 anos. Seus resultados, publicados na revista Nature, mostram que essa fase coexiste com supercondutividade em um conhecido supercondutor de óxido de cobre à base de bismuto. “Esta é a primeira evidência espectroscópica direta de que a onda de densidade de pares existe no campo magnético zero”, disse Kazuhiro Fujita, físico que liderou a pesquisa no Brookhaven Lab. “Identificamos que a onda de densidade de pares desempenha um papel importante neste material. Nossos resultados mostram que esses dois estados da matéria – onda de densidade de pares e supercondutividade – coexistem e interagem.” Os resultados da equipe vêm de medições de espectros de tunelamento de elétrons individuais usando um microscópio de varredura de imagem espectroscópica de última geração (SI-STM) no laboratório OASIS de Brookhaven. “O que medimos é quantos elétrons em um determinado local ‘tunelam’ da superfície da amostra até a ponta do eletrodo supercondutor do SI-STM e vice-versa, conforme variamos a energia (tensão) entre a amostra e a ponta”, disse Fujita. . “Com essas medidas, podemos mapear a rede cristalina e a densidade eletrônica dos estados – assim como o número de elétrons que temos em um determinado local”. Quando o material não é supercondutor, os elétrons existem em um espectro contínuo de energias, cada uma propagando em seu próprio comprimento de onda único. Mas quando a temperatura cai, os elétrons começam a interagir – emparelhando-se quando o material entra no estado supercondutor. Quando isso acontece, os cientistas observam uma lacuna no espectro de energia, criada pela ausência de elétrons dentro dessa faixa de energia específica. Kazuhiro Fujita (em cima) com outros membros da equipe de pesquisa (da esquerda para a direita: Genda Gu, Sang Hyun Joo, Zengyi Du, Peter Johnson e Hui Li) no microscópio de tunelamento de imagens espectroscópicas (SI-STM) no OASIS de Brookhaven laboratório. Crédito: Brookhaven National Laboratory “A energia da lacuna é igual à energia necessária para separar os pares de elétrons (o que indica o quão fortemente eles estavam ligados)”, disse Fujita. Enquanto os cientistas examinavam a superfície do material, eles detectaram estruturas de espaço de energia moduladoras espacialmente. Essas modulações na diferença de energia revelaram que a força da ligação dos elétrons varia – aumentando ao máximo e depois diminuindo – com esse padrão repetindo a cada oito átomos na superfície da rede de cristais regularmente organizada. Este trabalho foi desenvolvido com base em medições anteriores, mostrando que a corrente criada por pares de elétrons encapsulados no microscópio também variava da mesma maneira periódica. Essas modulações na corrente foram a primeira evidência, embora um tanto circunstancial, de que a onda de densidade de pares estava presente. “As modulações na corrente dos elétrons emparelhados são um indicador de que existem modulações na intensidade com que os elétrons estão emparelhados na superfície. Mas, desta vez, medindo o espectro de energia de elétrons individuais, conseguimos medir diretamente a diferença de modulação na espectros onde ocorre o emparelhamento. As modulações no tamanho dessas lacunas são evidências espectroscópicas diretas de que o estado da onda de densidade de pares existe “, afirmou Fujita. Os novos resultados também incluíram evidências de outras assinaturas-chave da onda de densidade de pares – incluindo defeitos chamados “semi-vórtices” – bem como suas interações com a fase supercondutora. Além disso, as modulações de hiato de energia refletem outras pesquisas da Brookhaven Lab, indicando a existência de padrões moduladores de características eletrônicas e magnéticas – às vezes chamadas de “listras” – que também ocorrem com uma periodicidade de oito unidades celulares em certos supercondutores de alto teor de Cu de Cu . “Juntos, esses resultados indicam que a onda de densidade de pares desempenha um papel significativo nas propriedades supercondutoras desses materiais. Compreender esse estado pode nos ajudar a entender o diagrama de fases complexo que mapeia como as propriedades supercondutoras emergem sob diferentes condições, incluindo temperatura, campo magnético e densidade da transportadora de carga “, disse Fujita. Mais Informações: Imaginando as modulações de gap de energia do estado de onda de densidade de pares de Cuprate, Nature (2020). DOI: 10.1038 / s41586-020-2143-x, https://nature.com/articles/s41586-020-2143-x Citação: Cientistas veem modulações de gap de energia em um supercondutor de cobre (2020, 1º de abril) consultado em 3 de abril de 2020 https://phys.org/news/2020-04-scientists-energy-gap-modulations-cuprate.html Este documento está sujeito a direitos autorais. Além de qualquer negociação justa para fins de estudo ou pesquisa privada, nenhuma parte pode ser reproduzida sem a permissão por escrito. O conteúdo é fornecido apenas para fins informativos.
Cientistas veem modulações de gap de energia em um supercondutor de cobre
