Físicos da Universidade de Waterloo descobriram, num
determinado tipo de supercondutor de alta temperatura, evidência experimental do
que é conhecido como nematicidade eletrônica - quando nuvens de elétrons se encaixam
dentro de uma ordem direcional e alinhada. Os resultados podem eventualmente
levar a uma teoria que explique por que a supercondutividade ocorre em
temperaturas mais elevadas em certos materiais.
“Neste estudo, identificamos alguns alinhamentos
inesperados dos elétrons - um achado que provavelmente é genérico para os
supercondutores de alta temperatura e com o tempo pode vir a ser um
ingrediente-chave do problema”, diz David
Hawthorn, professor no departamento de Física e Astronomia da Universidade
de Waterloo.
Os resultados mostram evidências de nematicidade
eletrônica como uma característica universal em supercondutores de alta
temperatura (os cupratos). Cupratos são cerâmicas de óxido de cobre, compostas
de camadas bidimensionais ou planos de cobre e oxigênio, separadas por outros
átomos. Eles são conhecidos como os melhores supercondutores de alta
temperatura. Mas esses supercondutores de alta temperatura tem sido um desafio
para prever, muito menos explicar.
“Tornou-se evidente nos últimos anos que os
elétrons envolvidos na supercondutividade podem formar padrões, listras ou
tabuleiros de damas, e exibem diferentes simetrias – alinhando
preferencialmente ao longo de uma direção. Esses padrões e simetrias levam a
consequências importantes para a supercondutividade - eles podem competir,
coexistir ou até mesmo melhorar a supercondutividade,” diz David
Hawthorn.
Os cientistas usaram
uma nova técnica chamada espalhamento de raios-x macio, no Canadian Light Source, para
sondar o espalhamento dos elétrons em camadas específicas da estrutura cristalina
do cuprato. Especificamente, eles observaram os planos individuais de CuO2
onde a nematicidade eletrônica ocorre, contra as distorções cristalinas entre
os planos de CuO2.
A nematicidade eletrônica
acontece quando os orbitais dos elétrons se alinham como uma série de hastes (bastões).
O termo nematicidade comumente se refere a cristais líquidos quando se alinham
espontaneamente sob um campo elétrico. Neste caso, os orbitais dos elétrons
entram no estado nemático quando a temperatura cai abaixo de um ponto crítico.
Os cupratos podem se tornar
supercondutores pela adição de elementos que removem elétrons do material, um processo
conhecido como dopagem. Um material pode ser otimamente dopado para alcançar a
supercondutividade a uma temperatura mais elevada e mais acessível, mas para estudar
como a supercondutividade ocorre, os físicos frequentemente trabalham com o material
“underdoped”, ou seja, quando o nível
de dopagem é menor do que o necessário para maximizar a temperatura supercondutora.
Os resultados deste
estudo mostram que provavelmente a nematicidade eletrônica ocorre em todos os
cupratos “underdoped”.
Os físicos também
querem compreender a relação da nematicidade com um fenômeno conhecido como
flutuações nas ondas de densidade de carga (charge
density wave). Normalmente, os elétrons estão numa boa, distribuídos
uniformemente, mas o ordenamento de carga pode fazer com que os elétrons se
agrupem, como ondulações em uma lagoa. Isso configura uma competição, em que o
material está flutuando entre os estados supercondutor e normal até que a
temperatura esfrie o suficiente para a supercondutividade prevalecer.
Embora não exista ainda
um consenso sobre o porquê a nematicidade eletrônica ocorre, ela pode vir a
apresentar outro botão para sintonizar a busca por um supercondutor que
funcione à temperatura ambiente.
“O trabalho futuro vai abordar como a
nematicidade eletrônica pode ser sintonizada, ao modificar a estrutura
cristalina”, diz David
Hawthorn.
