Conversão entre correlações de elétrons incoerentes e
coerentes nos estados não supercondutor e supercondutor de cupratos,
respectivamente. Crédito: Li et al. Nature Communications.
Desde a descoberta dos cupratos em 1986, têm havido
confusão entre os pesquisadores. Os cupratos possuem temperaturas críticas de
até 138K à pressão ambiente, o que excede a de outros supercondutores e é ainda
maior do que o que se pensava possível com base na teoria.
Agora, em um novo estudo, os pesquisadores descobriram a
existência de um ciclo de feedback positivo que aumenta a supercondutividade
dos cupratos e pode lançar luz sobre as origens da supercondutividade de alta
temperatura - considerada uma das questões mais importantes abertas na física.
O mecanismo decorre do fato de que os elétrons (no cuprato)
no estado não supercondutor estão correlacionados de forma diferente do que na
maioria dos outros sistemas, inclusive em supercondutores convencionais, que
possuem correlações de elétrons fortemente coerentes. Em contrapartida, os
cupratos em seu estado não supercondutor possuem correlações “metálico-estranhas”
fortemente incoerentes, que são parcialmente removidas ou enfraquecidas quando
os cupratos se tornam supercondutores.
Devido a estas correlações de elétrons incoerentes, acredita-se
amplamente que o quadro que descreve a supercondutividade convencional - que se
baseia na noção de quasipartículas - não pode descrever com precisão a
supercondutividade dos cupratos. Na verdade, algumas pesquisas sugerem que os cupratos
supercondutores possuem propriedades eletrônicas tão incomuns que, mesmo
tentando descrevê-las com a noção de partículas de qualquer tipo, torna-se
inútil.
Isso leva à questão de qual papel, se houver, as
correlações “metálico-estranhas” desempenham na supercondutividade de alta
temperatura?
O resultado principal do novo estudo é que essas
correlações simplesmente não desaparecem no estado supercondutor em cupratos,
mas sim converte-se em correlações coerentes que levam a um aprimoramento do
emparelhamento de elétrons supercondutores. Este processo resulta em um ciclo
de feedback positivo, no qual a conversão das correlações “metálico-estranhas”
incoerentes em um estado coerente aumenta o número de pares de elétrons
supercondutores, o que, por sua vez, leva a mais conversão, e assim por diante.
Os pesquisadores descobriram que, devido a este mecanismo
de feedback positivo, a força das correlações de elétrons coerentes no estado
supercondutor é sem precedentes, superando o que é possível para os
supercondutores convencionais. Uma interação de elétrons tão forte também abre
a possibilidade de que a supercondutividade nos cupratos possa ocorrer devido a
um mecanismo de emparelhamento completamente não convencional - um mecanismo de
emparelhamento puramente eletrônico que poderia surgir unicamente devido a
flutuações quânticas.
“Nós descobrimos experimentalmente que as correlações de
elétrons incoerentes no ‘estado normal’ do metal estranho são convertidas em
correlações coerentes no estado supercondutor que ajudam a fortalecer a
supercondutividade, com um loop de feedback positivo subseqüente”, afirma Dan Dessau, co-autor da pesquisa. “Um loop de feedback
positivo tão forte deve fortalecer os mecanismos de emparelhamento mais convencionais,
mas também pode permitir um mecanismo de emparelhamento verdadeiramente não
convencional (puramente eletrônico)”.
Surpreendentemente, os pesquisadores também descobriram
que poderiam descrever seus resultados experimentais usando uma abordagem semi-convencional
de quase partículas, apesar do fato de que os cupratos se comportam de forma
tão diferente dos outros materiais.
No futuro, os pesquisadores planejam investigar se este
mecanismo de feedback positivo pode ser integrado em outros materiais, talvez
levando a novos tipos de supercondutores de alta temperatura.
“Nós podemos procurar loops de feedback positivos
semelhantes em materiais relacionados, e também podemos usar as técnicas
recém-desenvolvidas baseadas em ARPES para investigar os detalhes das
correlações eletrônicas de forma mais precisa”, disse Li.
