Um Novo Conceito de Supercondutividade

Um cientista da Divisão de Física Quântica Condensada do Colégio de Tsukuba desenvolveu uma nova teoria de supercondutividade. Com base na estimativa da ‘conexão de Berry’, este modelo ajuda a explicar novos resultados experimentais muito melhor do que a teoria atual. O trabalho pode permitir que futuras redes elétricas enviem energia sem perdas.

Supercondutores são materiais notáveis ​​que podem parecer simples em condições ambientais, mas quando resfriados a temperaturas extremamente baixas, eles permitem que a presença elétrica flua sem resistência. Existem inúmeras aplicações óbvias da supercondutividade, como a transmissão de energia sem perdas, mas a física associada a este processo ainda não é totalmente compreendida. A maneira convencional de pensar sobre a transição de regular para supercondutor é chamada teoria de Bardeen-Cooper-Schrieffer (BCS). Neste modelo, as partículas podem formar “pares de Cooper” que viajam juntas e resistem ao espalhamento, desde que as excitações térmicas sejam suficientemente pequenas. No entanto, o projeto do BCS não explica adequadamente todos os tipos de supercondutores, limitando a nossa capacidade de criar produtos supercondutores ainda mais robustos funcionando em temperatura ambiente.

Um pesquisador da Universidade de Tsukuba pensou num modelo totalmente novo para supercondutividade que revela melhor os conceitos físicos. Em vez de focar no emparelhamento de partículas carregadas, este novo conceito usa a ferramenta matemática ‘Berry link’. Este valor calcula um enrolamento do espaço por onde os eletrões viajam. “No conceito básico do BCS, o ponto de partida da supercondutividade é o emparelhamento de eletrões. A supercorrente é CARACTERIZADA como o fluxo sem dissipação dos eletrões combinados, enquanto eletrões únicos ainda experimentam resistência nesta teoria”, afirma o professor autor Hiroyasu Koizumi.

Como ilustração, as juntas de Josephson são formadas quando duas camadas supercondutoras são divididas por uma barreira fina de aço normal ou um isolante. Embora amplamente utilizado em detetores de campo magnético de alta precisão e computadores quânticos, as junções Josephson não se encaixam bem com a teoria BCS. “Na nova teoria, o emparelhamento de eletrões deve estabilizar o elo de Berry, em vez de ser a causa da supercondutividade por si só, e a supercorrente é o fluxo de eletrões solitários e pareados gerados pela torção do espaço onde os eletrões viagens causadas pelo link Berry ”, afirma o professor Koizumi. Portanto, esta pesquisa pode levar a inovações em computação quântica e conservação de energia.

Publicado originalmente em Scitechdaily.com . Leia o artigo original.

Referência:  Hiroyasu Koizumi, Supercondutividade por Berry Connection das funções de onda de muitos corpos: Revisit to Andreev-Saint-James Reflection and Josephson Effect,  Journal of Superconductivity and Novel Magnetism  (2021). DOI: 10.1007 / s10948-021-05905-y