Desde a descoberta da supercondutividade no Sr 2 RuO 4 em 1994, centenas de estudos foram publicados sobre este composto, sugerindo que o Sr 2 RuO 4 éum sistema muito especial com propriedades únicas. Essas propriedades fazem do Sr 2 RuO 4 um material com grande potencial, por exemplo, para o desenvolvimento de tecnologias futuras, incluindo spintra´nica supercondutora e eletra´nica qua¢ntica, em virtude de sua capacidade de transportar correntes elanãtricas e informações magnanãticas sem perdas simultaneamente. Uma equipe de pesquisa internacional liderada por cientistas da Universidade de Konstanz foi agora capaz de responder a uma das perguntas abertas mais interessantes sobre Sr 2 RuO 4: por que o estado supercondutor deste material exibe algumas caracteri­sticas que são tipicamente encontradas em materiais conhecidos como ferromagnetos, que são considerados antagonistas dos supercondutores? A equipe descobriu que Sr 2 RuO 4 hospeda uma nova forma de magnetismo, que pode coexistir com a supercondutividade e também existir independentemente da supercondutividade. Os resultados foram publicados na edição atual da Nature Communications.

Depois de uma pesquisa que durou vários anos e envolveu 26 pesquisadores de nove universidades e instituições de pesquisa diferentes, a pea§a que faltava no quebra-cabea§a parece ter sido encontrada. Juntamente com a Universidade de Konstanz, as universidades de Salerno, Cambridge, Seul, Kyoto e Bar Ilan, bem como a Agência de Energia Ata´mica do Japa£o, o Instituto Paul Scherrer e o Centro Nazionale delle Ricerche participaram do estudo.

"Apesar de décadas de pesquisa sobre Sr 2 RuO 4 , não havia evidaªncias da existaªncia desse tipo incomum de magnetismo neste material. Alguns anos atrás, no entanto, nos perguntamos se a reconstrução que acontece neste material nasuperfÍcie, onde a estrutura cristalina exibe algumas pequenasmudanças nonívelda escala atômica, também pode levar a um ordenamento eletra´nico com propriedades magnanãticas. Seguindo essa intuição, percebemos que essa questãoprovavelmente não havia sido respondida porque ninguanãm havia usado a "ferramenta certa" para encontrar evidaªncias desse magnetismo, que pensa¡vamos ser extremamente fraco e limitado apenas a algumas camadas atômicas dasuperfÍcie do material ", afirma o lider deste estudo de pesquisa internacional, Professor Angelo Di Bernardo da Universidade de Konstanz, cuja pesquisa se concentra em dispositivos supercondutores spintra´nicos e qua¢nticos baseados em materiais inovadores.

Para realizar o experimento, a equipe usou monocristais de alta qualidade de Sr 2 RuO 4 preparados pelo grupo do Dr. Antonio Vecchione do Centro Nazionale delle Ricerche (CNR) Spin em Salerno. "Fazer grandes cristais de Sr 2 RuO 4 sem nenhuma impureza foi um grande desafio, embora crucial para o sucesso do experimento, já que os defeitos teriam dado um sinal semelhante ao sinal magnético que esta¡vamos caçando", disse o Dr. Vecchione.

A "ferramenta" especial que os pesquisadores usaram para desvendar o novo magnetismo éum feixe departículas chamadas maºons, produzidas em um acelerador departículas na Sua­a§a, no Instituto Paul Scherrer (PSI). “Na PSI temos a única instalação do mundo para produzir maºons que podem ser implantados com uma precisão de alguns nana´metros. Essaspartículas, que podem ser usadas para detectar campos magnanãticos extremamente pequenos, poderiam ser interrompidas muito perto dasuperfÍcie de Sr 2 RuO 4 , que foi crucial para o sucesso do experimento ", disse o Dr. Zaher Salman, que coordenou o experimento na instalação de maºons PSI.

"Foi uma experiência muito boa realizar medições em uma instalação internacional de tempo de feixe como a PSI e interagir com um grupo tão grande de cientistas inspiradores de todo o mundo, desde o ini­cio do meu doutorado em Konstanz", diz Roman Hartmann, um doutorando pesquisador que igualmente contribuiu como primeiro autor do estudo.

Os autores também desenvolveram um modelo tea³rico sugerindo a origem desse magnetismo desuperfÍcie oculta. "Ao contra¡rio dos materiais magnanãticos convencionais, cujas propriedades magnanãticas se originam da propriedade meca¢nica qua¢ntica de um elanãtron conhecido como spin, um movimento cooperativo de elanãtrons interagindo, gerando correntes circulantes em escala nanomanãtrica, estãosubjacente ao magnetismo descoberto em Sr 2 RuO 4 ", afirma o Dr. .Ma¡rio Cuoco do CNR-spin que desenvolveu o modelo tea³rico junto com a Dra. Maria Teresa Mercaldo e outros colegas da Universidade de Salerno.

Conforme apontado pelo professor Jason Robison da Universidade de Cambridge, os resultados confirmam que "as propriedades físicas podem ser dramaticamente modificadas em umasuperfÍcie de material complexo e em interfaces dentro de heteroestruturas de filme fino, e essas modificações podem ser exploradas para a descoberta de novas ciências ba¡sicas e pesquisa aplicada, incluindo o design e desenvolvimento de dispositivos qua¢nticos. "

Os coautores do projeto também incluem o professor Yoshiteru Maeno da Universidade de Kyoto, o cientista que primeiro descobriu a supercondutividade em Sr 2 RuO 4 em 1994 e que contribuiu para alguns dos estudos mais importantes sobre este material relatados nos últimos 30 anos.

"Esta descoberta não apenas resolve um quebra-cabea§a de longa data e torna o material ica´nico Sr 2 RuO 4 ainda mais interessante do que antes, mas também pode desencadear novas investigações que eventualmente ajudara£o a responder outras questões abertas marcantes na ciência dos materiais", disse o professor Elke Scheer da a Universidade de Konstanz, outro dos lideres do projeto e chefe da equipe de pesquisa de Sistemas Mesosca³picos.

O novo tipo de magnetismo descoberto em Sr 2 RuO 4 éessencial para também compreender melhor as outras propriedades físicas de Sr 2 RuO 4, incluindo sua supercondutividade não convencional. A descoberta fundamental também pode levar a  busca por esta nova forma de magnetismo em outros materiais semelhantes ao Sr 2 RuO 4 , bem como desencadear novos estudos para entender melhor como tal magnetismo pode ser manipulado e controlado para novas aplicações de eletra´nica qua¢ntica.