Brad
Ramshaw, cientista do Los Alamos National Laboratory (LANL) realiza um experimento no
Pulsed Field Facility of
the National High Magnetic Field Lab,
expondo supercondutores de alta temperatura a campos magnéticos muito elevados,
mudando a temperatura na qual os materiais se tornam supercondutores e
revelando propriedades únicas destas substâncias. Crédito: Los Alamos National Laboratory
Cientistas do Los Alamos National Laboratory estão
expondo supercondutores de alta temperatura a campos magnéticos muito elevados,
mudando a temperatura que os materiais se tornam supercondutores e revelando
propriedades únicas destas substâncias.
“As medidas de campo magnético em supercondutores
de alta temperatura estão pavimentando o caminho para uma nova teoria da supercondutividade”, diz Brad
Ramshaw, um cientista do Los Alamos National Laboratory e principal
pesquisador do projeto.
O objetivo final
da pesquisa é criar um supercondutor que opere à temperatura ambiente e não
necessite de resfriamento. Todos os dispositivos que fazem uso de
supercondutores, tais como os imãs MRI encontrados em hospitais, devem ser resfriados
a temperaturas muito abaixo de zero, com nitrogênio líquido ou hélio,
adicionando custo e complexidade à empresa.
“Esta é uma experiência verdadeiramente histórica que ilumina um
problema de importância central para a física da matéria condensada”, disse Gregory
Boebinger, cientista-chefe do Condensed
Matter Science no National High Magnetic Field Laboratory's.
“O sucesso deste
trabalho é resultados das equipes terem as melhores amostras, os mais altos
campos magnéticos, as técnicas mais sensíveis, e a criatividade inspirada por
uma equipe de investigação multi-institucional”.
Os supercondutores
de alta temperatura, tais como o óxido de ítrio, bário e cobre (YBa2Cu3O6+x),
não podem ser explicados pela teoria BCS, e assim os pesquisadores necessitam
de uma nova teoria para estes materiais. Um aspecto interessante dos
supercondutores de alta temperatura, é que se pode alterar a temperatura de
transição supercondutora (TC) por doping, ou seja, alterando o número de elétrons que
participam da supercondutividade.
A pesquisa da
equipe do Los
Alamos descobriu que a dopagem do YBa2Cu3O6+x
onde a temperatura crítica é mais alta (dopagem ótima), os elétrons se tornam
muito pesados e se movimentam de forma correlacionada.
“Isso nos diz que os
elétrons estão interagindo muito fortemente quando o material é um
supercondutor ideal”, disse Ramshaw. “Essa é uma peça vital de informação para
construir a próxima teoria da supercondutividade”.
“Um problema de
destaque na supercondutividade de alta TC tem sido a
questão de saber se um ponto quântico crítico - um valor especial de dopagem
onde flutuações quânticas levam a fortes interações elétron-elétron - está elevando
notavelmente a TC nestes materiais”, disse ele. “Prova de sua existência nunca foi encontrada devido à
natureza robusta da supercondutividade em cupratos, se os cientistas demonstrarem
que existe um ponto quântico crítico, isso constituiria um marco significativo
para a resolução do mecanismo de emparelhamento supercondutor, explicou
Ramshaw.
“Montar as peças deste complexo quebra-cabeça da supercondutividade
foi uma tarefa difícil que envolveu cientistas de todo o mundo por décadas”,
disse Charles
H. Mielke, diretor do Pulsed Field Facility of the National High
Magnetic Field Lab. “Embora o quebra-cabeça esteja incompleto, esta peça essencial
liga resultados experimentais indiscutíveis de aspectos fundamentais da física da
matéria condensada”.
A equipe mediu oscilações
quânticas magnéticas em função da dopagem em campos magnéticos muito fortes. Campos
magnéticos elevados permitem que o estado normal seja acessado através da
supressão da supercondutividade. Os campos que se aproximam de 100 T, em
particular, permitem que as oscilações quânticas sejam medidas muito próximas
do máximo na temperatura de transição, TC ~ 94 K. Essas oscilações quânticas fornecem aos cientistas
uma imagem de como os elétrons estão interagindo uns com os outros antes que
eles se tornem supercondutores.
Investigando uma
gama muito ampla de dopagens, os autores mostraram que existe um forte aumento
da massa efetiva na dopagem ótima. Um forte incremento da massa efetiva é a
assinatura no aumento da força de interação entre os elétrons, e a assinatura
de um ponto quântico crítico. A quebra de simetria responsável por este ponto
ainda não foi fixada, embora uma conexão com o ordenamento de carga parece ser
provável, observa Ramshaw.
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