Supercondutores ferromagnéticos são materiais nos quais ferromagnetismo e supercondutividade coexistem de forma intrínseca. Entre eles estão UGe2, URhGe e UCoGe. Também foram relatadas evidências de supercondutividade ferromagnética em ZrZn2 em 2001, mas trabalhos posteriores questionaram esses resultados. Esses materiais apresentam supercondutividade nas proximidades de um ponto crítico quântico magnético.
A natureza do estado supercondutor nos supercondutores ferromagnéticos permanece em debate. As primeiras investigações estudaram a coexistência da supercondutividade convencional de onda s com o ferromagnetismo itinerante. O cenário de emparelhamento de spin tripleto, porém, logo ganhou terreno. Em 2005, foi desenvolvido um modelo de campo médio para a coexistência do emparelhamento de spin tripleto com o ferromagnetismo.
Esses modelos consideram a coexistência uniforme do ferromagnetismo e da supercondutividade, isto é, os mesmos elétrons apresentam simultaneamente comportamento ferromagnético e supercondutor. Outro cenário em que as ordens magnética e supercondutora interagem no mesmo material ocorre em supercondutores com ordem magnética espiral ou helicoidal. Entre os exemplos estão ErRh4B4 e HoMo6S8. Nesses casos, os parâmetros de ordem supercondutora e magnética se entrelaçam em um padrão espacialmente modulado, permitindo sua coexistência, embora ela deixe de ser uniforme. Até mesmo o emparelhamento de spin singleto pode coexistir com o ferromagnetismo dessa forma.
Em ErRh4B4, essa coexistência modulada ocupa apenas uma faixa estreita de temperatura. O material torna-se supercondutor abaixo de 8,7 K e desenvolve uma estrutura magnética modulada perto de 1 K. Abaixo de cerca de 0,8 K, o estado fundamental passa a ser ferromagnético e a supercondutividade desaparece.
Compostos à base de urânio
Nos compostos UGe2, URhGe e UCoGe, os elétrons 5f participam do acoplamento magnético e da formação de quasipartículas pesadas. O UGe2 é ferromagnético abaixo de 52 K em pressão ambiente. A supercondutividade aparece sob uma pressão de cerca de 1,1 GPa e deixa de ser detectada quando o composto entra na fase paramagnética acima da pressão crítica de cerca de 1,6 GPa. URhGe e UCoGe apresentam transições ferromagnética e supercondutora em pressão ambiente. No UCoGe, a supercondutividade persiste na fase paramagnética entre cerca de 1,1 e 4 GPa.
O URhGe também apresenta supercondutividade reentrante induzida por campo magnético. Com o campo aplicado ao longo do eixo cristalográfico b, a região supercondutora de baixo campo é destruída perto de 2 T. Uma segunda região supercondutora surge em campos mais altos e envolve uma transição magnética perto de 12 T, na qual ocorre a reorientação do eixo dos spins.
Teoria
Nos supercondutores convencionais, os elétrons que formam um par de Cooper têm spins opostos e formam os chamados pares de spin singleto. Outros tipos de emparelhamento também são permitidos pelo princípio de exclusão de Pauli. Na presença de um campo magnético, os spins tendem a se alinhar com o campo, de modo que o campo magnético prejudica a existência de pares de Cooper de spin singleto. Um hamiltoniano de campo médio adequado para modelar o ferromagnetismo itinerante coexistente com um estado de spin tripleto não unitário pode, após a diagonalização, ser escrito como
Regime intertipo
Outro regime ocorre quando a temperatura de ordenamento magnético, Tm, é inferior à temperatura crítica supercondutora, Tc. Em pnictetos ferromagnéticos de ferro como EuFe2(As1−xPx)2, a supercondutividade envolve os elétrons Fe-3d, enquanto o ferromagnetismo fraco provém dos momentos Eu-4f localizados. Esse regime difere dos compostos de urânio, nos quais Tc é muito menor que Tm e o acoplamento de troca suprime o emparelhamento singleto.
Um modelo teórico publicado em 2023 previu que, nesses materiais com Tm menor que Tc, um supercondutor inicialmente do tipo II pode atravessar uma faixa intertipo ao ser resfriado em direção a Tm, antes de atingir o comportamento de tipo I. O cálculo produz interações não monotônicas entre vórtices e configurações de fluxo formadas por aglomerados e cadeias de vórtices, vórtices gigantes e gotas de líquido de vórtices. Essas configurações são previsões teóricas para esse regime e sua ocorrência geral ainda requer verificação experimental.
Ver também Teoria BCS, teoria microscópica da supercondutividade convencional Efeito Meissner, expulsão do campo magnético no estado supercondutor Par de Cooper, par de elétrons associado ao estado supercondutor Estado tripleto, estado de spin ligado ao emparelhamento proposto nesses materiais
Leitura adicional
Categoria:Supercondutores Categoria:Materiais ferromagnéticos