No material
supercondutor de alta temperatura
conhecido como YBCO, a luz de um laser faz os átomos
de oxigênio (vermelho) vibrarem
entre as camadas de óxido de cobre
(azul). Os átomos
nessas camadas fora da sua posição normal provavelmente favorece a supercondutividade. Neste estado de curta duração, a distância entre os planos de óxido de cobre dentro
da camada aumenta, enquanto que a
distância entre as camadas diminui. (Jörg Harms/Max Planck Institute for the Structure and
Dynamics of Matter)
Um
experimento do SLAC National Accelerator Laboratory
forneceu o primeiro vislumbre fugaz da estrutura atômica de um material de como
ele entrou em um estado semelhante a supercondutividade de temperatura ambiente.
Os pesquisadores usaram um comprimento de onda específico de
luz laser para “chacoalhar” a estrutura atômica do YBa2Cu3O7-d (YBCO). Em seguida, eles sondaram as mudanças resultantes na estrutura
com um feixe laser de raio-X do Linac Coherent Light Source (LCLS).
Eles descobriram que a exposição inicial à luz do laser resulta
em mudanças específicas nos átomos de cobre e oxigênio que comprime e expande
as distâncias entre eles, criando um alinhamento temporário que exibe sinais da
supercondutividade por alguns bilionésimos de segundo bem acima da temperatura
ambiente - até 60 °C. Juntando dados teóricos e experimentais os pesquisadores mostraram
como essas mudanças nas posições atômicas permitem a transferência de elétrons
que impulsiona a supercondutividade.
Novas visualizações de átomos em movimento
“Este é um estado altamente
interessante, mesmo que só exista por um curto período de tempo”, disse Roman
Mankowsky do Instituto Max Planck,
principal autor do estudo.
“Quando o laser
excita o material, ele desloca os átomos e altera a estrutura. Esperamos que
estes resultados ajudem na concepção de novos materiais para melhorar a
supercondutividade”.
Manter o estado
supercondutor à temperatura ambiente revolucionaria muitos campos, tornando a
rede elétrica mais eficiente e permitindo computadores mais potentes e
compactos.
Uma ferramenta poderosa para explorar a supercondutividade
Josh
Turner, um cientista do SLAC afirma
que ferramentas poderosas como lasers de raios-X têm causado novo interesse na pesquisa
de supercondutores, permitindo que pesquisadores isolem uma propriedade
específica que eles querem aprender mais a respeito. Isto é importante porque
supercondutores de alta temperatura podem apresentar um emaranhado de
propriedades magnéticas, eletrônicas e estruturais que podem competir ou
cooperar quando o material se move em direção ao estado supercondutor. Por
exemplo, um estudo do LCLS
publicado recentemente descobriu que excitando o YBCO com a mesma luz laser se interrompe
uma ordem eletrônica que compete com a supercondutividade.
“O que o LCLS está
mostrando agora é como essas diferentes propriedades mudam ao longo de um tempo
curto”, diz Turner. “Nós podemos realmente ver como os elétrons ou átomos estão
se movendo”.
Mankowsky diz que futuros experimentos no LCLS podem tentar manter
o estado supercondutor por períodos mais longos, usando uma combinação de
técnicas para estudar como as outras propriedades evoluem no processo de
transição para o estado supercondutor e explorar se as mesmas alterações
estruturais estão a trabalhar em outros supercondutores de alta temperatura.
Pesquisadores do National
Center for Scientific Research da França, Paul Scherrer Institute na Suíça, do Instituto Max Planck na
Alemanha, Swiss Federal Institute of
Technology do Colégio da França, da Universidade de Genebra, da
Universidade de Oxford no Reino Unido, do Center
for Free-Electron Laser Science na Alemanha, e da Universidade de Hamburgo
na Alemanha, também participaram do estudo. O trabalho foi apoiado pelo European Research Council, German Science Foundation, Swiss National Superconducting Center e Swiss National Science Foundation.
