Laser intenso remove a
resistência elétrica de uma
camada do cristal de K3C60, uma molécula
contendo 60 átomos de carbono semelhante
à bola de futebol. Isto é observado a temperaturas de -170 °C. © J. M.
Harms
Físicos
do Instituto Max Planck usaram pulsos de laser no K3C60, e por uma fração
de segundo, observaram o estado supercondutor acima de 100 K, cerca de -170
°C. Como fulerenos têm uma estrutura química relativamente simples, os
pesquisadores esperam ser capazes de obter uma melhor compreensão do fenômeno
da supercondutividade induzida por luz através de suas novas experiências.
Esses insights podem ajudar no
desenvolvimento de um material que conduz eletricidade à temperatura ambiente,
sem perdas e sem excitação óptica.
Andrea Cavalleri e seus colegas pretendem
preparar o caminho para o desenvolvimento de materiais supercondutores à
temperatura ambiente. Sua observação de que os fulerenos, quando excitados com
pulsos de laser tornam-se supercondutores, leva a um passo mais perto de
alcançar este objetivo. Esta descoberta pode contribuir para uma compreensão
mais profunda da supercondutividade induzida por luz, uma vez que é mais fácil
formular uma explicação teórica para os fulerenos do que para os cupratos. Uma
explicação completa deste efeito pode, por sua vez, ajudar os cientistas a terem
uma melhor compreensão da supercondutividade de alta temperatura e fornecer uma
receita para um supercondutor artificial à temperatura ambiente.
Em
2013, pesquisadores do grupo de Andrea Cavalleri demonstraram que,
sob certas condições, pode ser possível um material ser supercondutor à
temperatura ambiente. Um óxido cerâmico que pertence à família dos cupratos se
tornou supercondutor sem qualquer resfriamento durante alguns trilionésimos de segundo
quando os cientistas usaram um pulso de laser infravermelho. Um ano mais tarde,
cientistas em Hamburgo apresentaram uma possível explicação para este efeito.
Eles
observaram que, na sequência de excitação com o flash de luz, os átomos mudam
de posição. Esta mudança persiste no estado supercondutor. Em termos gerais, a
mudança de posição induzida pela luz na estrutura abre caminho para que os
elétrons se movam através da cerâmica sem perdas. No entanto, a explicação é
muito dependente da estrutura cristalina altamente específica dos cupratos. Como
o processo foi entendido na época, poderia ter envolvido um fenômeno que só
surge neste tipo de materiais.
A
equipe comandada por Cavalleri, se perguntou se a
luz também pode quebrar a resistência elétrica de mais supercondutores
tradicionais.
As
moléculas do K3C60 consistem de 60
átomos de carbono que se ligam na forma de uma bola de futebol: uma esfera
compreendendo pentágonos e hexágonos. Com a ajuda de íons de potássio
carregados positivamente intercalados, que funcionam como um tipo de cimento,
os fulerenos carregados negativamente se unem uns aos outros para formar um
sólido. Este assim chamado fulleride
alcalino é um metal que se torna supercondutor abaixo de -250 °C.
Os
pesquisadores irradiaram o fulleride
alcalino com pulsos de luz infravermelhos de alguns bilionésimos de um
microssegundo e repetiram o experimento em uma gama de temperaturas entre a
temperatura crítica e a temperatura ambiente. Eles definiram a frequência da
fonte de luz para que produzisse vibrações nos fulerenos. Isto faz com que os
átomos de carbono oscilem de tal maneira que os pentágonos se expandam e
contraiam. Espera-se que esta alteração na estrutura gere a supercondutividade em
temperaturas elevadas de uma forma semelhante ao processo dos cupratos.
Para
testar isso, os cientistas irradiaram a amostra com um segundo pulso de luz, ao
mesmo tempo do pulso de infravermelhos, ainda que a uma frequência de
terahertz. A força com que este pulso é refletido indica a condutividade do
material. O resultado foi uma condutividade extremamente alta. “Estamos bastante
confiantes de que induzimos a supercondutividade a -170 °C”, diz Daniele Nicoletti. Isto significa
que a experiência em Hamburgo apresenta uma das maiores temperaturas críticas
observada fora da classe dos cupratos.
“Agora estamos planejando a realização de
outras experiências que nos permitirão chegar a uma compreensão mais detalhada
dos processos vistos aqui”, diz Nicoletti. O que eles
gostariam de fazer agora é analisar a estrutura cristalina durante a excitação
com a luz infravermelha. Como era anteriormente o caso do cuprato, isto deve
ajudar a explicar o fenômeno. Os pesquisadores, então, gostariam de irradiar o
material com pulsos de luz que duram muito mais tempo. “Embora isso seja tecnicamente muito
complicado, poderia estender a vida útil da supercondutividade, tornando-se
potencialmente relevante para aplicações”, conclui Nicoletti.
