Microscópio de varredura por tunelamento (STM) da Universidade Yale (EUA), usado nos experimentos (Foto: Yale University)

Luiz Felipe Fernandes

A supercondutividade, um fenômeno que permite a condução de eletricidade sem perda de energia, é um desafio que mobiliza a comunidade científica. Um dos principais obstáculos é a necessidade de alcançar temperaturas extremamente baixas para que a maioria dos materiais se tornem supercondutores. Essa limitação impede a aplicação prática da supercondutividade em larga escala, restringindo seu uso a ambientes controlados e com alto custo energético.

Recentemente, um estudo de pesquisadores do Brasil e dos Estados Unidos, incluindo o professor do Instituto de Física da Universidade Federal de Goiás (IF/UFG), Vanuildo Silva de Carvalho, desvendou um novo tipo de supercondutividade que pode abrir caminho para novas tecnologias. Os achados foram publicados na revista Nature Physics.

Os cientistas demonstraram que o material chamado seleneto de ferro dopado com enxofre (FeSe_1-xS_x) representa um novo tipo de material supercondutor. O material combina propriedades de dois elementos químicos principais: ferro (Fe) e selênio (Se), com a adição controlada de enxofre (S). O termo "dopagem" se refere ao processo de introduzir um elemento externo (nesse caso, o enxofre) para alterar as propriedades do material.

A pesquisa revela que o seleneto de ferro dopado com enxofre se torna supercondutor graças a um mecanismo que até então estava apenas na teoria: a nematicidade eletrônica. A nematicidade eletrônica pode ser explicada por meio de uma analogia: imagine um grupo de pessoas andando em direções aleatórias. Elas seriam como elétrons se movendo em um material comum. Agora imagine que, de repente, todas as pessoas passassem a andar em fila indiana, na mesma direção. Isso representaria a nematicidade eletrônica, na qual os elétrons "preferem" se mover em uma direção específica.

Essa organização direcional dos elétrons pode levar à supercondutividade, um fenômeno em que a eletricidade flui sem resistência, sem perda de energia. É como se as pessoas em fila pudessem se mover sem nenhum atrito, deslizando suavemente.

"Embora a teoria do supercondutor nemático não apresentasse nenhuma inconsistência do ponto de vista físico, nenhum supercondutor conhecido parecia se enquadrar na sua descrição. Foi então que nosso grupo, formado por físicos experimentais e teóricos, mostrou que o material seleneto de ferro dopado com enxofre representa, de fato, o primeiro exemplo de um material supercondutor nemático", explica Vanuildo.

Além da UFG, o grupo é composto por cientistas da Universidade Yale, da Universidade da Califórnia e da Universidade de Minnesota, nos Estados Unidos, e da Universidade Estadual de Campinas (Unicamp).

Professor Vanuildo Silva de Carvalho, da UFG, integra equipe de pesquisadores (Foto: Arquivo Pessoal)

Mergulho no mundo quântico

Para comprovar a descoberta, a equipe utilizou um microscópio de varredura por tunelamento (STM, na sigla em inglês). Essa técnica permite visualizar o mundo quântico dos elétrons em escala atômica.

As amostras de seleneto de ferro dopado com enxofre foram resfriadas a temperaturas próximas do zero absoluto (273,15°C negativos), eliminando interferências e permitindo a observação do comportamento dos elétrons sob a influência da nematicidade.

Os resultados experimentais obtidos pelo STM foram comparados com cálculos teóricos realizados pelo professor Vanuildo na UFG. A concordância entre teoria e prática confirmou a nematicidade eletrônica como a força motriz por trás da supercondutividade nesse material.

A descoberta abre possibilidades de novas tecnologias para o futuro. Materiais supercondutores operando em temperatura ambiente poderiam revolucionar diversos setores, incluindo linhas de transmissão de energia, trens de alta velocidade, equipamentos de ressonância magnética e computadores mais rápidos e eficientes.

Acesse aqui o artigo completo "Highly anisotropic superconducting gap near the nematic quantum critical point of FeSe_1-xS_x".