MADRID 10 dez. (EUROPA PRESS) -
Uma colaboração internacional, liderada por pesquisadores do grupo Magnetrans do Departamento de Física da Matéria Condensada da Universidade Autônoma de Madri (UAM), observou um fenômeno quântico sem precedentes que pode mudar a forma como a supercondutividade em materiais magnéticos é compreendida.
O trabalho, publicado na Nature Communications, descreve a detecção de um ruído de disparo extraordinariamente alto em junções de vanádio/óxido de magnésio/ferro (V/MgO/Fe).
Esse ruído, várias ordens de magnitude acima das previsões teóricas, decorre da natureza quântica da carga elétrica e levou à identificação de um efeito de proximidade supercondutor excepcional.
"Embora na eletrônica normalmente tentemos minimizar o ruído, nesse caso é exatamente o ruído que revela uma física fascinante", explica Farkhad Aliev, professor da UAM e co-líder do estudo.
Os pesquisadores mediram um fator Fano - o parâmetro que caracteriza o ruído de disparo - de até 200, quando um valor de cerca de 2 seria esperado em uma junção supercondutora convencional.
A origem desse ruído gigante está em um efeito de proximidade incomum. O supercondutor de vanádio, cujos pares de Cooper têm spins opostos (supercondutividade singlete), induz a supercondutividade triplete no ferro ferromagnético, no qual os elétrons têm spins paralelos.
Essa conversão é possível graças ao acoplamento spin-órbita presente na interface e modulado pelas simetrias orbitais dos materiais.
Paradoxalmente, as simetrias orbitais que normalmente impediriam o transporte eletrônico entre o vanádio e o ferro tornam-se a chave para a supercondutividade induzida, desde que o acoplamento spin-órbita interfacial esteja presente.
A equipe demonstrou que as junções V/MgO/Fe funcionam como junções Josephson - dispositivos quânticos essenciais em tecnologias como a computação quântica - mas com uma reviravolta notável: apenas uma das regiões é originalmente supercondutora. A segunda região supercondutora surge espontaneamente dentro do ferro ferromagnético.
A descoberta tem implicações profundas para a spintrônica supercondutora, um campo que busca combinar supercondutividade e controle de spin para desenvolver dispositivos ultrarrápidos e sem perda de energia.
Os resultados sugerem que é possível induzir a supercondutividade em uma ampla variedade de materiais por meio de efeitos de proximidade regidos pelo acoplamento spin-órbita, sem a necessidade das complexas estruturas multicamadas usadas até agora.
Isso poderia acelerar o desenvolvimento de dispositivos de computação quântica mais estáveis, memórias magnéticas ultrarrápidas sem dissipação, sensores quânticos altamente sensíveis ou novos materiais capazes de transportar correntes de spin sem perdas.
"Durante décadas, a comunidade científica procurou evidências do efeito Josephson induzido pela proximidade em junções de supercondutores individuais. Nossas medições de ruído fornecem a primeira evidência clara desse fenômeno", diz Aliev.
A equipe também descobriu que esse ruído gigante pode ser suprimido por campos magnéticos, com uma resposta anisotrópica que confirma a natureza tripleta da supercondutividade induzida. A possibilidade de controlar o efeito com campos magnéticos abre a porta para dispositivos ajustáveis.
O estudo é o resultado de uma colaboração internacional com cientistas da Universidade de Buffalo (EUA), da Universidade de Lorraine (França) e da Universidade Babes-Bolyai (Romênia). A pesquisa combina técnicas experimentais avançadas e modelagem teórica, e foi realizada no Instituto Nicolás Cabrera e no IFIMAC da UAM, usando criostatos de hélio-3 capazes de atingir temperaturas de 0,3 Kelvin.
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