Supercondutor de grafeno pode revolucionar a computação quântica

*Canaltech, por Gustavo Minari | editado por Douglas Ciriaco - 23/07/2021

Pesquisadores do MIT, nos EUA, descobriram um tipo raro de supercondutor chamado de grafeno de três camadas torcidas por ângulo mágico. Essa “magia” está no fato de o material manter uma supercondutividade em campos magnéticos de até 10 Tesla, quantidade três vezes maior do que a encontrada em supercondutores convencionais.

Essa característica coloca a descoberta na categoria conhecida como tripleto de spin, que agrega materiais impenetráveis a campos magnéticos mais elevados. Com essa tecnologia, seria possível, por exemplo, melhorar a nitidez das imagens produzidas por equipamentos de ressonância magnética, que trabalham com campos magnéticos que variam entre um e três Tesla.

“O valor deste experimento é o que nos ensina sobre a supercondutividade fundamental, sobre como os materiais podem se comportar para tentarmos projetar princípios que possam ser aplicados em outros materiais mais fáceis de fabricar e com uma supercondutividade muito maior”, afirma o professor de física Pablo Jarillo-Herrero, autor principal do estudo.

À prova de ímã
Materiais supercondutores convencionais possuem uma alta capacidade de conduzir eletricidade sem perder energia. O problema é que na maioria dos casos, quando eles são expostos a campos magnéticos mais fortes, a energia de cada elétron é deslocada em direções opostas, fazendo a supercondutividade desaparecer por completo.

Já nos compostos com propriedades de tripleto de spin, a energia de ambos os elétrons muda na mesma direção, mantendo a supercondutividade independente da intensidade do campo magnético ao qual estão submetidos. Foi a partir desse princípio que os pesquisadores do MIT descobriram que o grafeno de três camadas torcidas tinha características mais eficientes do que qualquer outro material.

Variação da supercondutividade em campos magnéticos (Imagem: Reprodução/MIT)

Os primeiros testes positivos foram feitos com apenas duas folhas angulares de grafeno, mas, ao utilizar uma terceira camada, eles perceberam uma supercondutividade muito maior, principalmente em temperaturas mais altas. Em campos magnéticos mais elevados, a configuração com duas camadas não resistiu, perdendo a capacidade de conduzir eletricidade em poucos segundos.

Ângulo mágico
Para aumentar a supercondutividade do grafeno, os pesquisadores fabricaram o material removendo camadas de carbono com a espessura de um átomo. Ao empilhar as três folhas, eles giraram a do meio em 1,56 graus em relação às camadas externas. Com eletrodos ligados a cada uma das extremidades, foi possível medir a energia perdida no processo.

Ao ampliar o campo magnético em torno das três camadas, eles observaram que a supercondutividade se mantinha forte até desaparecer, mas logo em seguida voltava com uma intensidade mais alta. “Em supercondutores convencionais, se você matar a supercondutividade, ela nunca mais volta, ela desaparece para sempre”, explica o pós-doutorando em física Yuan Cao, coautor do estudo.

Esquema de reentrada da supercondutividade (Imagem: Reprodução/MIT)

O reaparecimento da supercondutividade com intensidade de até 10 Tesla exclui as chances de o material ser um supercondutor comum, mantendo sua capacidade de conduzir eletricidade mesmo diante de campos magnéticos mais elevados por longos períodos de exposição controlada. Isso faz com que o grafeno de três camadas torcidas também possa ser aplicado no desenvolvimento de computadores quânticos mais robustos.

“A computação quântica regular é extremamente frágil. 20 anos atrás, os teóricos propuseram um tipo de supercondutividade topológica que poderia habilitar um computador quântico. O ingrediente chave para fazer isso seriam supercondutores de tripleto de spin. Mesmo que esse não seja o nosso caso, isso poderia facilitar a utilização do grafeno de três camadas com outros materiais para projetar essa supercondutividade”, completa o professor Jarillo-Herrero.

Fonte: MIT