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Nanofios da fase β-Ga produzidos no IFGW apresentam propriedades de supercondutores tipo-2

O elemento Gálio (α-Ga) comumente apresenta supercondutividade do tipo-1, com temperatura crítica em torno de 1,08 K e em torno de 6,2 K na estrutura cristalina denominada β-Ga. Lembrando que os supercondutores (SC) do tipo-1 apresentam transição direta do estado Meissner, quando há exclusão do campo magnético no interior da amostra, para o estado normal quando o campo passa a penetrar toda a amostra acima de um valor crítico HC. Já os SC do tipo-2 têm uma fenomenologia mais rica, apresentando um estado misto com a presença de tubos de fluxo magnético quantizado (vórtices de Abrikosov) entre os estados Meissner e o normal.

No trabalho publicado recentemente na Scientific Reports, 7: 15306; DOI:10.1038/s41598-017-15738-2 pesquisadores do IFGW encontraram evidências de um comportamento tipo-2 para amostras nanoestruturadas de filamentos de β-Ga, embutidos numa matriz de alumina (Al2O3). Estes nanofios (retos) possuem diâmetros de 140 nm, comprimentos em torno de 80 micrometros e formam um arranjo triangular bem ordenado com espaçamento de 250 nm. O método de nano-nucleação por fluxo metálico (MFNN), que permite a síntese destas nanoestruturas muito especiais, está patenteado e resultou da estreita colaboração entre o Laboratório de Materiais e Baixas Temperaturas (LMBT) e o Grupo de Propriedades Ópticas e Magnéticas dos Sólidos (GPOMS) liderados, respectivamente, pelos Profs. Kleber R. Pirota e Pascoal J. G. Pagliuso.

O comportamento tipo-2 foi observado em nossas amostras para a configuração de campo magnético perpendicular aos nanofios. Dados de magnetização em função do campo e temperatura foram utilizados para calcular vários parâmetros, compatíveis com um SC do tipo-2 com fator de Ginzburg-Landau (G-L) igual a 1,18. Também foi revelado um campo característico HD, bem menor que o campo crítico HU e abaixo do qual cresce rapidamente a resposta diamagnética da amostra, associada com a saída de vórtices do interior dos nanofios. Construímos um modelo, baseado na teoria de G-L e no comportamento dos vórtices de Abrikosov, que forneceu uma interpretação bastante convincente e quantitativa de nossos dados experimentais. Concluímos que efeitos devido ao confinamento da supercondutividade nos nanofios de β-Ga foram responsáveis pela mudança inesperada do comportamento clássico tipo-1 para o tipo-2 observado. Este resultado é um importante exemplo de uso da técnica MFNN, desenvolvida em nossos laboratórios, para a modificação de propriedades básicas dos materiais.

Este estudo sobre a supercondutividade em nanoestruturas de β-Ga teve a liderança do Prof. Oscar F. De Lima do LMBT e faz parte da tese de doutorado de Karoline O. Moura, orientada pelo Prof. K. R. Pirota, defendida no IFGW em maio/2017.

Para acessar o artigo clique: DOI:10.1038/s41598-017-15738-2

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