Harvard revela avanço na tecnologia de supercondutores de alta temperatura

por Klaus Müller
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High-Temperature Superconductors

Liderada por Philip Kim, uma equipe de cientistas de Harvard deu um salto pioneiro na tecnologia de supercondutores ao desenvolver um diodo supercondutor de alta temperatura usando cupratos, um avanço significativo para a computação quântica. Esta inovação marca um marco vital na exploração e controle de materiais exóticos e estados quânticos. Fonte: SciTechPost.com

A metodologia de produção pode auxiliar na descoberta de novos materiais.
A equipe de Harvard de Philip Kim lidera a inovação em supercondutores de alta temperatura com uso de cuprato.
Criou o primeiro diodo supercondutor, impulsionando o campo da computação quântica.
Controle alcançado de estados quânticos e supercorrente direcional em BSCCO.

Os supercondutores, que permitem um fluxo de elétrons perfeito e sem perdas, há muito fascinam os físicos. No entanto, estes materiais normalmente exibem as suas propriedades mecânicas quânticas apenas a temperaturas extremamente baixas – pouco acima do zero absoluto – limitando a sua utilização prática.

O professor de Física e Física Aplicada de Harvard, Philip Kim, e sua equipe apresentaram uma nova abordagem para fabricar e manipular cupratos, uma classe de supercondutores de alta temperatura. Esta descoberta abre caminho para a engenharia de novas formas de supercondutividade em materiais anteriormente inatingíveis.

Utilizando uma técnica especial de fabricação de dispositivos de baixa temperatura, o grupo de Kim apresentou na revista Science um candidato potencial para o primeiro diodo supercondutor de alta temperatura. Este dispositivo, feito de finos cristais de cuprato, pode ser um componente significativo em campos emergentes como a computação quântica, que depende de fenômenos mecânicos breves que são difíceis de manter.

Ilustração do supercondutor cuprato torcido em camadas com dados de fundo. Crédito: Lucy Yip, Yoshi Saito, Alex Cui, Frank Zhao

Kim enfatiza a viabilidade de diodos supercondutores de alta temperatura sem a necessidade de campos magnéticos, abrindo novos caminhos para o estudo de materiais exóticos.

Cupratos, óxidos de cobre, causaram agitação na comunidade física décadas atrás ao se tornarem supercondutores em temperaturas anteriormente consideradas impossíveis. A temperatura mais alta registrada para um supercondutor cuprato é -225 Fahrenheit. No entanto, trabalhar com estes materiais sem prejudicar os seus estados supercondutores é altamente complexo devido às suas intricadas propriedades electrónicas e estruturais.

Liderada por SY Frank Zhao, ex-aluno da Griffin Graduate School of Arts and Sciences e atualmente pesquisador de pós-doutorado no MIT, a equipe empregou uma técnica de manipulação de cristal criogênico sem ar em argônio ultrapuro. Eles habilmente criaram uma interface imaculada entre duas camadas ultrafinas de cuprato, bismuto, estrôncio, cálcio, óxido de cobre (BSCCO, ou “bisco”). BSCCO é um supercondutor de “alta temperatura”, tornando-se supercondutor em torno de -288 Fahrenheit, uma temperatura que é relativamente alta para supercondutores.

Zhao primeiro dividiu o BSCCO em duas camadas, cada uma com um milésimo da largura de um fio de cabelo humano. Então, a -130 graus, ele os empilhou em um ângulo de 45 graus, semelhante a um sanduíche de sorvete desalinhado, preservando ao mesmo tempo a supercondutividade na delicada interface.

A equipe descobriu que a supercorrente máxima que passa pela interface sem resistência varia de acordo com a direção da corrente. É importante ressaltar que eles também mostraram controle eletrônico sobre o estado quântico na interface, invertendo essa polaridade. Essa capacidade essencialmente permitiu que eles criassem um diodo supercondutor comutável e de alta temperatura, estabelecendo as bases para integração futura em tecnologias de computação, como bits quânticos.

Zhao descreve isso como um passo inicial na exploração de fases topológicas e estados quânticos resilientes contra imperfeições.

Referência: “Simetria de reversão de tempo quebrando supercondutividade entre supercondutores de cuprato torcidos” por SY Frank Zhao et al., 7 de dezembro de 2023, Science.
DOI: 10.1126/science.abl8371

Colaborando com Marcel Franz da Universidade da Colúmbia Britânica e Jed Pixley da Universidade Rutgers, cujas equipes realizaram anteriormente cálculos teóricos prevendo o comportamento do supercondutor cuprato, a equipe de Harvard conciliou observações experimentais com novos desenvolvimentos teóricos de Pavel A. Volkov da Universidade de Connecticut.

A pesquisa recebeu apoio da National Science Foundation, do Departamento de Defesa e do Departamento de Energia.

Perguntas frequentes (FAQs) sobre supercondutores de alta temperatura

Qual é o recente avanço na tecnologia de supercondutores pelos pesquisadores de Harvard?

Pesquisadores de Harvard, liderados por Philip Kim, desenvolveram um diodo supercondutor de alta temperatura usando cupratos. Esta inovação é um avanço significativo na computação quântica e no estudo de materiais exóticos e estados quânticos.

Como o novo diodo supercondutor contribui para a computação quântica?

O diodo supercondutor criado pela equipe de Harvard representa um desenvolvimento crucial na computação quântica. Permite uma melhor manipulação e compreensão dos estados quânticos, facilitando potencialmente avanços no campo.

O que são cupratos e por que são importantes nesta pesquisa?

Cupratos são uma classe de materiais de óxido de cobre que se tornam supercondutores em temperaturas relativamente altas. Eles são cruciais nesta pesquisa para a criação do diodo supercondutor de alta temperatura, um passo significativo na compreensão e manipulação da supercondutividade.

Quem liderou os experimentos com esse diodo supercondutor e qual foi o método utilizado?

Os experimentos para este diodo supercondutor foram liderados por SY Frank Zhao, ex-aluno de Harvard e agora pesquisador de pós-doutorado no MIT. O método envolveu a manipulação de cristais criogênicos sem ar em argônio ultrapuro para projetar uma interface limpa entre camadas de cuprato, bismuto, estrôncio, cálcio, óxido de cobre (BSCCO).

O que torna a BSCCO significativa no contexto dos supercondutores?

O óxido de bismuto, estrôncio, cálcio e cobre (BSCCO) é significativo, pois é considerado um supercondutor de alta temperatura, começando a superconduzir a cerca de -288 Fahrenheit. Isto é relativamente alto em comparação com outros supercondutores e importante para aplicações práticas.

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5 comentários

Sara K. Dezembro 19, 2023 - 4:02 pm

uau, supercondutores em altas temperaturas? Isso é louco. Lembro-me de estudar como eles só funcionavam em temperaturas extremamente baixas. os tempos estão mudando rapidamente!

Responder
Raj Patel Dezembro 19, 2023 - 5:29 pm

Já ouvi falar de cupratos, mas nunca soube que eles eram tão importantes na supercondutividade. Ótimo artigo, mas poderia ser útil um pouco mais de detalhes sobre o lado técnico, sabe?

Responder
David R Dezembro 19, 2023 - 7:29 pm

A equipe de Philip Kim está fazendo coisas inovadoras! Mas acho que o artigo precisa esclarecer mais sobre como isso afeta o cidadão comum. Supercondutores parecem complexos.

Responder
Emma Smith Dezembro 20, 2023 - 1:50 am

Isso é realmente viável? Quero dizer, supercondutores a -288F ainda estão frios, certo? Como eles planejam usar isso em aplicações práticas, alguém tem alguma ideia?

Responder
Mike Johnson Dezembro 20, 2023 - 7:40 am

trabalho incrível de Harvard! a computação quântica é definitivamente o futuro, isso pode mudar tudo…

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