Em materiais supercondutores, uma corrente elétrica fluirá sem qualquer resistência. Existem algumas aplicações práticas deste fenômeno; no entanto, muitas questões fundamentais permanecem ainda sem resposta. O professor associado Justin Ye, chefe do grupo de Física de Dispositivos de Materiais Complexos da Universidade de Groningen, estudou a supercondutividade em uma camada dupla de dissulfeto de molibdênio e descobriu novos estados supercondutores. Os resultados foram publicados na revista Nature Nanotechnology em 4 de novembro.

A supercondutividade foi demonstrada em cristais de monocamada de, por exemplo, dissulfeto de molibdênio ou dissulfeto de tungstênio que têm espessura de apenas três átomos. “Em ambas as monocamadas, existe um tipo especial de supercondutividade em que um campo magnético interno protege o estado supercondutor de campos magnéticos externos”, explica Ye. A supercondutividade normal desaparece quando um grande campo magnético externo é aplicado, mas esta supercondutividade de Ising é fortemente protegida. Mesmo no campo magnético estático mais forte da Europa, que tem uma intensidade de 37 Tesla, a supercondutividade do dissulfureto de tungsténio não apresenta qualquer alteração. No entanto, embora seja óptimo ter uma protecção tão forte, o próximo desafio é encontrar uma forma de controlar este efeito protector, através da aplicação de um campo eléctrico.

Novos estados supercondutores

Ye e seus colaboradores estudaram uma camada dupla de dissulfeto de molibdênio: “Nessa configuração, a interação entre as duas camadas cria novos estados supercondutores”. Ye criou uma dupla camada suspensa, com um líquido iônico em ambos os lados que pode ser usado para criar um campo elétrico através da bicamada. “Na monocamada individual, tal campo será assimétrico, com íons positivos de um lado e cargas negativas induzidas do outro. Porém, na bicamada, podemos ter a mesma quantidade de carga induzida em ambas as monocamadas, criando um sistema simétrico”, explica Ye. O campo elétrico assim criado poderia ser usado para ligar e desligar a supercondutividade. Isso significa que foi criado um transistor supercondutor que poderia ser controlado através do líquido iônico.

Na dupla camada, a proteção Ising contra campos magnéticos externos desaparece. “Isso acontece por causa de mudanças na interação entre as duas camadas.” Contudo, o campo elétrico pode restaurar a proteção. “O nível de proteção passa a ser uma função da força com que você bloqueia o dispositivo.”

Pares de Cooper

Além de criar um transistor supercondutor, Ye e seus colegas fizeram outra observação intrigante. Em 1964, previa-se a existência de um estado supercondutor especial, denominado estado FFLO (em homenagem aos cientistas que o previram: Fulde, Ferrell, Larkin e Ovchinnikov). Na supercondutividade, os elétrons viajam aos pares em direções opostas. Como viajam na mesma velocidade, esses pares de Cooper têm um momento cinético total igual a zero. Mas no estado FFLO, há uma pequena diferença de velocidade e, portanto, o momento cinético não é zero. Até agora, este estado nunca foi devidamente estudado em experimentos.

“Atendemos quase todos os pré-requisitos para preparar o estado FFLO em nosso dispositivo”, diz Ye. “Mas o estado é muito frágil e é significativamente afetado por contaminações na superfície do nosso material. Teremos, portanto, que repetir os experimentos com amostras mais limpas.”

Com a bicamada suspensa de dissulfeto de molibdênio, Ye e colaboradores têm todos os ingredientes necessários para estudar alguns estados supercondutores especiais. “Esta é uma ciência verdadeiramente fundamental que pode nos trazer mudanças conceituais.”