Uma molécula a mais ou a menos muda a ligação a um supercondutor

Conte as ligações. Numa cadeia molecular de algumas unidades, mais uma ou menos uma basta para decidir se a cadeia interage, ou não, com um supercondutor. Investigadores do centro de investigação CIC nanoGUNE, com químicos da Universidade de Santiago de Compostela, demonstraram-no numa superfície à escala atómica, e apresentam o resultado na revista Nature.

As cadeias são construídas a partir de triangulenos, pequenos fragmentos triangulares de grafeno que alojam cada um um spin, um minúsculo momento magnético igual a 1. Quando estas unidades se acoplam, os seus spins combinam-se num estado quântico coletivo conhecido como fase de Haldane, uma teoria apresentada há mais de quatro décadas. Uma cadeia formada por unidades de spin inteiro tem uma propriedade notável: transporta estados de spin fracionário de 1/2 em ambas as extremidades. A equipa queria ver o que acontece quando essas extremidades encontram um supercondutor, um material que conduz eletricidade sem resistência depois de arrefecido até ao seu estado supercondutor.

A dificuldade estava na própria superfície. O ouro é a melhor plataforma para construir estas estruturas de carbono através da síntese em superfície, mas o ouro não é supercondutor. O nióbio é, mas o seu ambiente químico não permite esse tipo de síntese. A solução da equipa foi fazer crescer um filme de ouro com 25 a 30 camadas atómicas de espessura sobre um cristal de nióbio. O ouro adquire supercondutividade pela sua proximidade ao nióbio e mantém a sua própria química, pelo que as moléculas podem ser construídas sobre uma superfície que se comporta como supercondutora.

Com a microscopia e a espectroscopia de efeito túnel, os investigadores mediram as cadeias uma a uma e encontraram um claro efeito de paridade. Nas cadeias com um número ímpar de triangulenos, observaram um sinal característico de interação entre um momento magnético e o estado supercondutor. Nas cadeias de número par, esse sinal desapareceu. O número de unidades, e não apenas o material, determina o acoplamento. Para quem constrói dispositivos moleculares, isto significa que a interação pode ser definida durante a síntese, uma unidade de cada vez.

Para o domínio, o ganho está na possibilidade de ligar ou desligar o acoplamento por conceção. O investigador principal, Nacho Pascual, do CIC nanoGUNE, observa que as moléculas magnéticas são candidatas a bits quânticos e que um supercondutor poderia tanto ler essas moléculas como protegê-las do ruído, desde que a sua interação possa ser controlada; o estudo mostra uma forma de o fazer. A equipa apresenta o trabalho como uma plataforma para explorar como os estados magnéticos e as fases topológicas interagem com um supercondutor, molécula a molécula. Aponta para futuros sensores e tecnologias quânticas. Não avança qualquer prazo, e estes resultados continuam a ser medições de laboratório que ainda não se transformaram em dispositivos.