Um processo que é rápido demais para ser medido
e analisado. No entanto, um grupo de cientistas internacionais não desanimou e desenvolveu
uma espécie de sistema altamente sofisticado de edição de filme, o que lhes
permitiu observar - pela primeira vez de forma direta - um efeito subjacente à condutividade
de alta temperatura.
Supercondutores têm propriedades que os tornam
potencialmente muito interessante para a tecnologia (exemplos de aplicação
incluem trens de levitação magnética). O caminho para uma verdadeira aplicação
das propriedades extraordinárias destes supercondutores é, no entanto,
bloqueada pelo fato de que os convencionais trabalham em temperaturas
extremamente baixas próximas ao zero absoluto, e, portanto, inviáveis. Supercondutores
à base de óxido de cobre, graças a uma temperatura mais elevada de trabalho,
são mais promissores, mas a possibilidade de sintetizar supercondutores à
temperatura ambiente continua a ser um objetivo distante. O principal obstáculo
é a falta de compreensão do mecanismo que permite transformar óxidos de cobre em
supercondutores.
Um dos principais problemas é entender se as
interações de elétrons no interior do material são diretas e instantâneas ou
mediadas por alguma interação ‘atrasada’. Para responder a essa pergunta,
precisamos olhar para o processo ‘na vida real’, mas dada a sua rapidez
incomum, isso está longe de ser fácil. “A solução que
concebemos é baseada no uso de pulsos de luz ultra-rápidos, com duração de 10
femtosegundos, ou seja, 10 milhões de bilionésimos de segundo”, explica Claudio
Giannetti, da Universidade Católica do Sagrado Coração, que coordenou a
pesquisa. “Para serem capaz de realizar essas medições
nossos laboratórios desenvolveram um aparelho experimental único capaz de
produzir, utilizar e medir pulsos de luz de cores diferentes que duram menos de
10 femtosegundos”, acrescenta Giulio Cerullo,
chefe dos laboratórios de espectroscopia ultra-rápida do Departamento de Física
da Politécnica de Milão.
O método desenvolvido se assemelha à ‘fotografia
de alta velocidade’ inventada por Eadweard Muybridge mais de 100 anos atrás. “As imagens estroboscópicas famosas, ou imagens em movimento,
podem dar uma ideia do que fizemos”, explica Massimo Capone, pesquisador do
SISSA em Trieste. “Muybridge, assim como nós, teve de
tirar fotos de objetos em alta velocidade, quebrar o movimento em muitos moldes
antes de criar essas imagens bonitas (que se tornaram ícones) que oferecem uma
reconstrução da trajetória de movimento. Fizemos algo muito semelhante, em uma minúscula
dimensão temporal (e espacial), utilizando pulsos de luz infinitamente curtos como
obturadores, para observar mudanças ultra-rápidas nas propriedades de um
supercondutor”.
Os cientistas
aplicaram a técnica a diferentes famílias de supercondutores de alta
temperatura, sucedendo, assim, em medir o que eles definem como o “mais rápido processo
lento” em um sólido, e seus resultados apoiam a hipótese de que as interações dos
elétrons nesses supercondutores são mediadas pelo spin dos elétrons.
Mais em detalhe ...
“Em geral, as interações dos elétrons em um sólido podem ser
divididas em interações diretas, que são virtualmente instantâneas, e ‘interações
retardadas’, que ocorrem quando os elétrons interagem com outras partículas (bósons
decorrentes da excitação dos íons ou de excitações magnéticas)”, explica
Capone. “Estes últimos processos são pensados como fundamentais para
a supercondutividade ocorrer, já que eles formam a ‘cola’ que mantém os
elétrons juntos nos chamados ‘pares de Cooper’ subjacentes ao próprio fenômeno da supercondutividade”.
“Até o momento, as experiências semelhantes realizadas com
uma resolução temporal inferior conseguiram acessar somente os processos ‘lentos’
relacionados às interações de elétrons com as vibrações (fônons) da rede
cristalina formadas por íons”, explica Cerullo. “Neste estudo, pela primeira vez, nós medimos o
emparelhamento de elétrons com outra família de excitações ligadas ao spin do
elétron e do magnetismo”.
“Este emparelhamento”, conclui Giannetti,
“era impossível de acessar experimentalmente até agora porque
ocorre em um intervalo de apenas 10 femtosegundos. Nossa técnica e sua
utilização inicial abriram uma nova janela sobre os processos ultra-rápidos em
supercondutores de alta temperatura”.
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