A descoberta, em 1986, de que um composto à
base de cobre conduz eletricidade sem resistência a temperaturas muito mais
altas do que os supercondutores convencionais abalou o mundo da física, pois
parecia que o santo graal da supercondução à temperatura ambiente estava ao
alcance. No entanto, desde a descoberta dos cupratos, a supercondutividade à temperatura
ambiente parece um objetivo distante. Além disso, apesar de três décadas de
esforço febril, os cientistas não compreendem completamente como os cupratos funcionam.
Uma classe de
materiais que poderia ajudar a desbloquear o mecanismo supercondutor dos
cupratos é chamada isolante de Mott. De acordo com a convencional teoria de
banda, esses materiais devem conduzir a eletricidade, mas as fortes interações
entre seus elétrons fazem com que sejam isolantes. Contudo, eles podem exibir a
supercondutividade pelo processo de dopagem com átomos específicos.
Um dos
principais enigmas envolvendo os cupratos (que são isolantes de Mott) é que
eles se comportam de modo diferente a depender se eles são dopados com portadores
de carga positiva ou negativa. Eles apresentam diferentes propriedades supercondutoras
em diferentes condições de dopagem: dopantes com cargas positivas (‘buracos’) ou
dopantes com cargas negativas. Os pesquisadores sondariam essa assimetria
adicionando buracos ou elétrons a uma amostra, mas a complexa estrutura
cristalina da maioria dos cupratos impede isso.
Agora, Yoshitaka Kawasugi e seus colegas encontraram
uma abordagem diferente - usando isolantes de Mott orgânicos em combinação com
transistores de efeito de campo. A estrutura de
banda mais simples desses cristais orgânicos torna mais fácil detectar a
assimetria elétron-buraco. Além disso, podem ser dopados precisamente na mesma
amostra aplicando um campo elétrico.
Os cálculos teóricos das propriedades elétricas de um
isolante de Mott orgânico revelam que os efeitos assimétricos da dopagem podem
agir como um degrau para a obtenção da supercondutividade a alta temperatura. (Imagem:
Kazuhiro Seki, Laboratório de Física Computacional de Matéria Condensada RIKEN)
A equipe mediu como os elétrons se moviam no
cristal em diferentes concentrações de buracos e de elétrons para várias
temperaturas. Quando aplicaram um campo magnético, emergiu uma surpreendente
assimetria - os ‘coeficientes Hall’, que quantificam as influências magnéticas,
eram três vezes maiores no lado dopado com buracos.
“Quando vi essa assimetria pela
primeira vez, achei que a experiência falhara”,
lembra Kawasugi. “A dependência detalhada de doping também revelou que algo
especial estava acontecendo”, observa.
Cálculos
teóricos ajudaram a descobrir a razão para esta anomalia – o excesso de doping com
buraco provocou o estado de ‘pseudogap’. Esta é uma descoberta animadora uma
vez que poderia indicar que a supercondutividade não está longe. “Pseudogaps podem ser precursores para o estado supercondutor
se a temperatura de transição para o lado dopado com buraco for muito maior do
que o caso dopado por elétrons”, diz Kawasugi. “A dopagem adicional de elétrons e buracos pode induzir essa
supercondutividade não convencional”.
