Revelando as origens da supercondutividade heterogênea em La3Ni2O7

Por que pequenas ilhas de supercondutividade importam

Supercondutores — materiais que conduzem eletricidade sem resistência — prometem linhas de energia ultraeficientes, ímãs poderosos e eletrônica mais rápida. Uma nova classe baseada em níquel, em vez de cobre, tem surpreendido pesquisadores ao operar em temperaturas incomumente altas, mas somente quando comprimida entre bigornas de diamante a pressões enormes. Este artigo faz uma pergunta aparentemente simples, com grandes implicações: quando esses cristais à base de níquel “ficam supercondutores”, todos participam ou apenas pequenas regiões? E o que, exatamente, controla onde a supercondutividade aparece e desaparece?

Vendo correntes ocultas sob pressão esmagadora

Para responder, os autores estudam um composto chamado La3Ni2O7, um óxido de níquel em camadas que se torna supercondutor acima do ponto de ebulição do nitrogênio líquido quando comprimido a mais de 100.000 vezes a pressão atmosférica. Trabalhar em tais condições extremas geralmente torna o imageamento detalhado impossível. Aqui, a equipe transforma a própria célula de pressão em um microscópio ao implantar uma camada sensora fina de defeitos atômicos especiais, conhecidos como centros de vacância de nitrogênio, logo abaixo da superfície de uma das bigornas de diamante. Esses sensores quânticos fluorescem de maneira diferente dependendo dos campos magnéticos locais e das tensões internas, permitindo que os pesquisadores façam “imagens” de campo amplo tanto do magnetismo quanto da pressão com resolução submicrométrica enquanto a amostra é comprimida.

Mapeando a supercondutividade em pedaços no espaço real

Quando um material se torna supercondutor, ele expulsa o campo magnético de seu interior — uma marca conhecida como efeito Meissner. Ao resfriar La3Ni2O7, aplicar um campo magnético suave e ler os sensores quânticos através da superfície do diamante, os autores reconstruem um mapa detalhado do campo acima da amostra. Regiões onde o campo é suprimido marcam manchas supercondutoras; áreas onde ele é intensificado indicam onde as linhas de campo são desviadas ou concentradas. Esses mapas revelam que a supercondutividade em La3Ni2O7 está longe de ser uniforme: em vez de todo o cristal se tornar supercondutor de uma vez, apenas bolsões irregulares de micrômetros o fazem, com formas e localizações que mudam conforme a pressão e a temperatura variam. A equipe também observa fluxo magnético aprisionado no interior da amostra ao resfriá-la sob campo, novamente em regiões localizadas que coincidem com a resposta supercondutora mais forte.

Como empurrar e deslizar tensões ajudam ou atrapalham

Como os mesmos defeitos quânticos também são sensíveis à deformação mecânica, os pesquisadores podem reconstruir simultaneamente como a amostra está sendo comprimida. Eles distinguem entre tensão normal, que pressiona diretamente para baixo sobre o cristal, e tensão de cisalhamento, que tende a deslizar camadas umas sobre as outras. Ao correlacionar pixel a pixel o comportamento magnético com esses dois componentes de tensão, mostram que a supercondutividade aparece primeiro em pontos que experimentam tensão normal acima da média, o que ajuda a explicar por que medidas de volume vêem um início apenas ao longo de uma faixa de pressões nominais. Mais inesperadamente, descobrem que quando a tensão de cisalhamento excede cerca de 2 gigapascais, a supercondutividade é fortemente suprimida ou totalmente ausente, mesmo que a compressão normal seja favorável. Isso leva a um diagrama de fases tridimensional refinado no qual temperatura, pressão direta e cisalhamento lateral determinam conjuntamente se uma dada região microscópica é supercondutora.

Listras químicas e bolsões supercondutores

A equipe então analisa amostras cuja composição química é deliberadamente menos uniforme. Em um cristal, a razão entre lantânio e níquel varia em listras largas, conforme medido por espectroscopia EDX. Globalmente, essa amostra não mostra uma queda clara na resistência elétrica, o que normalmente sinalizaria supercondutividade. Ainda assim, as imagens magnéticas quânticas revelam pequenos e nítidos bolsões que se tornam diamagnéticos em baixa temperatura. Quando os autores sobrepõem os mapas magnéticos e químicos, encontram que esses bolsões ficam exatamente onde a composição local está mais próxima da razão ideal 3:2 lantânio-para-níquel. Regiões ricas demais em níquel ou em lantânio não apresentam supercondutividade. Em outras palavras, o material pode abrigar ilhas de supercondutividade que são escassas demais para dominar a resistência global, mas claramente visíveis em imagens magnéticas locais.

Transformando imperfeições em um roteiro

Em conjunto, esses experimentos mostram que a supercondutividade em alta temperatura no La3Ni2O7 pressurizado é ao mesmo tempo frágil e altamente sensível ao seu ambiente microscópico. Variações locais de pressão, cisalhamento e estequiometria esculpem o cristal em um mosaico de zonas supercondutoras e não supercondutoras, explicando por que medidas de volume frequentemente detectam sinais fracos ou “filamentares”. Ao tratar essa heterogeneidade como uma característica e não como um defeito, os autores usam um único cristal para mapear como diferentes combinações de tensão e composição favorecem ou destroem a supercondutividade. Para o leitor não especialista, a mensagem principal é que fabricar supercondutores nióbetos melhores exigirá não apenas a pressão ou a química médias corretas — demandará controle cuidadoso de minúsculas variações mecânicas e químicas que determinam onde, e com que robustez, as supercorrentes podem fluir.

Citação: Mandyam, S.V., Wang, E., Wang, Z. et al. Uncovering origins of heterogeneous superconductivity in La₃Ni₂O₇. Nature 651, 54–60 (2026). https://doi.org/10.1038/s41586-025-10095-x

Palavras-chave: supercondutores nióbetos, física de alta pressão, sensoriamento quântico, engenharia de tensão, La3Ni2O7