Pesquisadores da Universidade Rice, em colaboração com instituições internacionais, identificaram evidências diretas de bandas eletrônicas planas ativas em um supercondutor kagome. Esta descoberta promissora, publicada em 14 de agosto de 2025, pode impulsionar o desenvolvimento de novas metodologias para o design de materiais quânticos, incluindo supercondutores, isolantes topológicos e eletrônicos baseados em spin, que são cruciais para as futuras tecnologias de computação e eletrônica.
O estudo foca no CsCr₃Sb₅, um metal kagome à base de cromo que exibe propriedades supercondutoras sob pressão. Os metais kagome, caracterizados por suas redes bidimensionais de triângulos interconectados, têm sido teorizados como hospedeiros de orbitais moleculares compactos. Esses arranjos, que se assemelham a padrões de ondas estacionárias de elétrons, têm o potencial de facilitar formas não convencionais de supercondutividade e novas ordens magnéticas impulsionadas por efeitos de correlação eletrônica.
Diferentemente da maioria dos materiais, onde as bandas planas permanecem distantes dos níveis de energia ativos, no CsCr₃Sb₅, essas bandas participam ativamente, influenciando diretamente as propriedades do material. A equipe de pesquisa empregou técnicas avançadas de síncrotron, como a espectroscopia de fotoemissão resolvida em ângulo (ARPES) e a espalhamento inelástico de raios X ressonante (RIXS), em conjunto com modelagem teórica.
A ARPES permitiu mapear os elétrons emitidos sob luz de síncrotron, revelando assinaturas distintas associadas aos orbitais moleculares compactos. A RIXS, por sua vez, mediu excitações magnéticas ligadas a esses modos eletrônicos. Os resultados combinados de ARPES e RIXS forneceram uma imagem consistente, indicando que as bandas planas no CsCr₃Sb₅ não são meros espectadores, mas participantes ativos na configuração do cenário magnético e eletrônico do material.
Para obter dados tão precisos, foram necessários cristais de CsCr₃Sb₅ incomumente grandes e puros. A síntese desses cristais foi aprimorada, resultando em amostras aproximadamente 100 vezes maiores do que as obtidas anteriormente. Essa capacidade de produzir amostras de alta qualidade foi fundamental para a validação experimental das previsões teóricas.
Liderado por Pengcheng Dai, Ming Yi e Qimiao Si da Universidade Rice, juntamente com Di-Jing Huang do Centro Nacional de Pesquisa em Síncrotron de Taiwan, o estudo valida previsões teóricas surpreendentes e estabelece um caminho para a engenharia de supercondutividade exótica através de controle químico e estrutural. A descoberta oferece prova experimental para ideias que antes existiam apenas em modelos teóricos, demonstrando como a geometria intrincada das redes kagome pode ser utilizada como uma ferramenta de design para controlar o comportamento dos elétrons em sólidos. Ao identificar essas bandas planas ativas, a equipe demonstrou uma conexão direta entre a geometria da rede e os estados quânticos emergentes, abrindo novas avenidas para a engenharia de supercondutividade exótica.