Supercondutores são materiais que permitem que a eletricidade flua sem resistência, geralmente apenas em temperaturas muito baixas. Embora a maioria siga regras físicas bem compreendidas, o rutenato de estrôncio Sr.2RuO4permaneceu difícil de explicar desde que seu comportamento supercondutor foi descoberto pela primeira vez em 1994. É um dos supercondutores não convencionais mais bem estudados, mas os pesquisadores ainda discordam sobre como seus elétrons se emparelham e qual simetria governa o processo.
Uma maneira pela qual os cientistas estudam os supercondutores é observando como sua temperatura de transição supercondutora, conhecida como Tc, responde à deformação. Diferentes estados supercondutores reagem de maneira diferente quando o cristal é esticado, comprimido ou torcido. Estudos anteriores, particularmente usando ultrassom, sugeriram que Sr2RuO₄ pode ter um estado supercondutor de dois componentes. Esta forma mais complexa pode causar efeitos incomuns, como campos magnéticos internos ou múltiplas regiões supercondutoras existindo simultaneamente. No entanto, espera-se que tal estado responda fortemente à deformação de cisalhamento.
Um experimento preciso de deformação por cisalhamento revela uma surpresa
Para investigar isso ainda mais, uma equipe de pesquisa da Universidade de Kyoto projetou um experimento focado na aplicação de deformação controlada ao Sr.2RuO4. Eles desenvolveram um método para introduzir três tipos diferentes de deformação por cisalhamento em cristais extremamente finos do material. A deformação por cisalhamento envolve o deslocamento lateral de partes do cristal, semelhante ao deslizamento do topo de um baralho de cartas em relação ao fundo. Usando imagens ópticas de alta resolução, eles mediram com precisão a deformação em temperaturas tão baixas quanto 30 graus K (-243 graus C).
O resultado foi inesperado. A temperatura da transição supercondutora praticamente não mudou. Quaisquer alterações em Tc foi inferior a 10 milikelvin por cento de cepa, o que na verdade é muito pequeno para ser detectado com confiança.
As descobertas desafiam as principais teorias
Estas observações indicam que a deformação por cisalhamento quase não tem efeito quando Sr2RuO4 torna-se supercondutor. Este resultado exclui várias teorias existentes e impõe fortes restrições aos tipos de estados supercondutores que permanecem viáveis. Em vez de apoiar um estado de dois componentes, os resultados apontam para um estado supercondutor de um componente, ou talvez um estado menos convencional que ainda não foi totalmente explorado.
“Nosso estudo representa um passo importante para resolver um dos mistérios mais antigos da física da matéria condensada”, disse o primeiro autor Giordano Mattoni, Centro de Pesquisa Toyota Riken – Universidade de Kyoto.
Um novo quebra-cabeça aparece
Embora os resultados restrinjam as possibilidades, também introduzem um novo desafio. Experimentos ultrassônicos anteriores mostraram claramente uma forte resposta à deformação por cisalhamento, enquanto essas medições de deformação direta mostram quase nenhuma deformação. A explicação para esta discrepância é agora uma importante questão em aberto para os investigadores.
Impacto mais amplo além do c2RuO4
A abordagem de controle de deformação desenvolvida neste trabalho pode ser útil para estudar outros supercondutores que possam ter comportamento multicomponente, incluindo materiais como UPt₃. Também pode ajudar os cientistas a compreender melhor os sistemas com transições de fase complexas.
