Novos supercondutores são construídos átomo por átomo

Redação do Site Inovação Tecnológica - 25/07/2023

Estruturas supercondutoras, formadas por átomos de cromo individuais, construídas com a técnica de baixo para cima.
[Imagem: University of Zurich]

Construindo átomo por átomo

Construir objetos e novos materiais de baixo para cima, montando um átomo de cada vez como se eles fossem peças de Lego, é um dos sonhos mais emblemáticos da nanotecnologia.

Martina Soldini, da Universidade de Zurique, na Suíça, não apenas demonstrou essa técnica na prática, como ela a utilizou para construir uma das classes de materiais mais interessantes que existem: os supercondutores.

Soldini estava se concentrando em novos tipos de supercondutores, que são interessantes não apenas porque oferecem resistência zero à passagem da eletricidade, mas também por que os supercondutores têm sido usados em muitos computadores quânticos devido às suas extraordinárias interações com campos magnéticos - os qubits mais utilizados hoje são supercondutores.

Os físicos teóricos têm pesquisado e previsto a existência de vários estados supercondutores, cada um mais interessante que o outro. "No entanto, até agora apenas um pequeno número foi demonstrado de forma conclusiva em materiais," disse o professor Titus Neupert, coordenador da equipe.

Foi aí que entrou em cena a técnica e a paciência de Soldini, que decidiu montar esses supercondutores inovadores átomo por átomo, depositando um átomo de cada vez.

Usando um microscópio de tunelamento, ela moveu e depositou os átomos no lugar preciso previsto pelos teóricos. O mesmo método foi então usado para medir as propriedades magnéticas e supercondutoras da estrutura resultante.

As teorias estavam certas: Ao depositar átomos de cromo sobre uma superfície de nióbio, Soldini criou estruturas supercondutoras, pelo menos duas delas com comportamentos da supercondutividade que nunca haviam sido observados experimentalmente.

A demonstração da técnica abre o caminho para que os teóricos tracem os planos para outros materiais de interesse.
[Imagem: Martina O. Soldini et al. - 10.1038/s41567-023-02104-5]

Impressora 3D que deposite átomos

Métodos semelhantes já haviam sido usados para manipular átomos e moléculas de metal, mas até agora nunca havia sido possível fazer supercondutores bidimensionais com essa abordagem.

Os resultados não apenas confirmaram as previsões dos teóricos, mas também dão a eles motivos para especular sobre que outros novos estados da matéria podem ser criados dessa maneira, e como esses materiais poderão ser usados nos computadores quânticos do futuro.

Para aplicações práticas, contudo, será necessário automatizar a técnica, que nesta demonstração foi essencialmente "manual", movendo tediosamente a ponta do microscópio para cada posição desejada. Para fabricar materiais em quantidades úteis seria mais adequado uma espécie de nanoimpressora 3D, que deposite átomos em vez de gotas de tinta.

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