Pesquisadores do CDMF fazem descoberta importante na área de física de materiais supercondutores

Descoberta é parceria com pesquisadores dos Estados Unidos

Micrograph images for two NbB samples, (a) and (b) for NbB#1 and (c) and (d) for NbB#2. The red arrows point to white areas, which are identified with the solid solution Nb88. The grayish areas are from the majority NbB phase.

O elemento químico Nióbio, um metal de transição, está localizado na família 5-B da tabela periódica. Seu símbolo químico é Nb e seu número atômico é 41. Devido ao seu alto ponto de fusão é denominado de refratário e utilizado em diversas ligas metálicas para aplicações em altas temperaturas. Além dessas propriedades, o Nb apresenta propriedades ditas supercondutoras abaixo de ~ 9.2 K, ou seja, a de apresentar estado de resistência elétrica nula e, portanto, de conduzir corrente elétrica sem perdas. Muitas ligas e compostos metálicos de Nb, como NbTi e Nb3Sn, são utilizados na fabricação de boninas supercondutoras para a produção de altos campos magnéticos, bobinas essas utilizadas desde o final da década de 50 do século passado.

O estudo aqui em perspectiva foi publicado em 08/09/2017 na revista Physical Review Materials – Phys. Rev. Materials, nova publicação da APS (American Physical Society), uma das associações de física mais importantes do mundo, e propõe que a fase cristalográfica do monoboreto de Nióbio, NbB, ao contrário do pressuposto e assumido por mais de 65 anos, não apresenta propriedades supercondutoras abaixo de aproximadamente 8,5 K. Os resultados experimentais obtidos pelos autores sugerem que a origem da supercondutividade observada em amostras de NbB está relacionada a uma outra fase cristalográfica, rica em Nb e provavelmente com composição Nb0.98B0.02, ou seja, essencialmente Nb puro. Essa fase supercondutora é observada precipitar nos chamados contornos de grãos das amostras estudadas pelos investigadores.

De acordo com a pesquisa, a supercondutividade, investigada em mais de 20 amostras de materiais com composições químicas próximas de NbB, não é oriunda desta fase e sim do metal Nb, mas com pequenas substituições de B na sua rede cristalina. O estudo também demonstrou, via diversas caracterizações estruturais, microestruturais, magnéticas, de transporte eletrônico e térmico, que a magnitude da temperatura crítica supercondutora dos materiais produzidos, similar a 9 K, é muito próxima daquela observada no elemento Nb (de ~ 9.2 K). Além desse conjunto consistente de resultados experimentais, os autores se valeram de um modelo físico para inferir que a propriedade supercondutora nos espécimes estudados seria relacionada a uma solução sólida rica em Nb com estequiometria próxima de Nb0.98B0.02 e não da fase NbB.

Segundo o professor Renato de Figueiredo Jardim, docente do Instituto de Física da USP, orientador da pesquisa que originou a dissertação de mestrado do aluno Fábio Santos Alves Abud (Supercondutividade na solução sólida (Nb1-xZrx)B, defendida em 19/08/2016) que serviu de base para o artigo científico, “a procura por novos materiais supercondutores experimentou um grande avanço a partir dos anos 40 do século passado e um dos pesquisadores importantes na descoberta desses novos materiais foi o Prof. Berndt Matthias. O seu grupo de pesquisa foi responsável pela descoberta de centenas de novos materiais supercondutores e ele uma liderança científica na área”. Ainda, segundo o professor Renato Jardim, “um dos materiais descoberto no ano de 1951 no grupo do Prof. Matthias foi o NbB (nióbio-boro), supostamente com temperatura crítica supercondutora de ~ 8,5 K. Esse material foi aquele com a maior temperatura crítica supercondutora nos chamados monoboretos de metais de transição. A fase NbB é citada como exemplo de supercondutor em livros e textos clássicos de física da matéria condensada, como as primeiras edições do “Introduction to Solid State Physics” de Charles Kittel. Adicionalmente, esses materiais a base de boro (boretos) estão sendo bastante estudados no momento, primariamente devido a descoberta no início da década passada de supercondutividade abaixo de ~ 38 K no MgB2.

O artigo “Absence of superconductivity in NbB ” está em anexo e ficará disponível no site da revista Physical Review Materials.

Assinam o artigo:F. Abud e R. F. Jardim, do Instituto de Física da Universidade de São Paulo, L. E. Correa, I. R. Souza Filho e A. J. S. Machado, da Escola de Engenharia de Lorena, da Universidade de São Paulo, e M. S. Torikachvili, do Departamento de Física, da San Diego State University, California, USA.

(Matéria de Renato de Figueiredo Jardim, do Instituto de Física, Universidade de São Paulo)

Absence of superconductivity in NbB

LAbI UFSCar
Sobre LAbI UFSCar 54 Artigos
O Laboratório Aberto de Interatividade para Disseminação do Conhecimento Científico e Tecnológico (LAbI), vinculado à Universidade Federal de São Carlos (UFSCar), é voltado à prática da divulgação científica pautada na interatividade; nas relações entre Ciência, Arte e Tecnologia.