Comparação
dos dados de XAS de duas temperaturas diferentes mostra os resultados da
refrigeração em uma redistribuição de cargas entre os planos do supercondutor YBCO.
Crédito: Martin Magnuson/LiU
Em supercondutores, as perdas de energia por
resistência são zero. Em função disso, existem muitas aplicações tecnologicamente
interessantes visando a economia de energia elétrica e benefícios para o setor
de transporte. Eletroímãs em motores elétricos, por exemplo, podem ser menores
com campos magnéticos mais fortes e com menor consumo de energia; trens de levitação
magnética podem atingir velocidades mais elevadas, evitando atrito com os
trilhos.
Por outro lado, a
necessidade de resfriamento destes materiais a temperaturas muito baixas
continua a ser um obstáculo não superado. Um dos principais objetivos da pesquisa
em supercondutividade é encontrar um material que seja supercondutor à
temperatura ambiente. No entanto, o mecanismo subjacente à supercondutividade
de alta temperatura ainda não é totalmente compreendido.
Pesquisadores fizeram uma descoberta que
pode lançar nova luz sobre este fenômeno. Duas técnicas foram utilizadas para
medir as propriedades do YBa2Cu3O7-x (YBCO) à temperatura
ambiente e a -258 °C: a X-ray Absorption Spectroscopy
XAS (espectroscopia de absorção de raios-X) e a Resonant Inelastic X-ray Scattering RIXS (espalhamento ressonante
inelástico de raios-X).
O YBCO é uma cerâmica supercondutora bem
conhecida à base de cobre com temperatura crítica TC = -183 °C. O
que torna o YBCO um supercondutor especial é por ser constituído de dois tipos
de unidades estruturais, isto é, ‘planos’ de óxido de cobre empilhados que
transportam a corrente supercondutora, separados por ‘cadeias’ de óxido de cobre
no meio. O papel das cadeias no YBCO confundiu os cientistas desde sua
descoberta em 1987. A TC pode ser influenciada no processo de
síntese variando a ‘dopagem de oxigênio’, e assim o comprimento do cadeias.
Estrutura do supercondutor YBCO
Há muito se
assumiu que o nível de dopagem foi determinado unicamente pela estrutura das
cadeias no momento da síntese. Em contrapartida, os novos resultados
experimentais mostram que as cadeias no YBCO reagem à refrigeração, fornecendo aos
planos de óxido de cobre com carga positiva (elétron-buraco) um mecanismo
chamado de autodopagem. Combinando a RIXS com modelos de cálculos, os
pesquisadores descobriram que a autodopagem é acompanhada por mudanças nas ligações
de cobre e oxigênio que conectam os planos com as cadeias.
Esta descoberta
inovadora de autodopagem no YBCO desafia o entendimento tradicional do
mecanismo da supercondutividade em supercondutores de alta temperatura à base
de cobre, que pressupõe um nível de dopagem constante nos planos de óxido de
cobre. Alguns experimentos anteriores dependentes da temperatura terão agora de
ser revistos à luz desta nova descoberta, e, assim, ajudar a resolver o enigma
da supercondutividade de alta temperatura. Os pesquisadores planejam realizar
um estudo mais detalhado dependente da temperatura para determinar se a
reestruturação e redistribuição da ocupação orbital ocorre exatamente na
transição de fase para a supercondutividade ou se ele já ocorre a uma
temperatura mais elevada na conhecida região de pseudogap.
