por Kevin Stacey, Brown University
Pequenos
orifícios em um material supercondutor de alta temperatura revelaram que os
pares de Cooper, pares de elétrons que permitem a supercondutividade, também
podem conduzir eletricidade da mesma maneira que os metais. Crédito: Valles lab
/ Brown University
Durante anos, os físicos assumiram
que os pares de Cooper, pares de elétrons que permitem aos supercondutores
conduzir eletricidade sem resistência, eram pôneis de dois truques. Os
pares deslizam livremente, criando um estado supercondutor ou criam um estado
isolante, bloqueando o material, incapaz de se mover.
Em novo artigo
publicado na Science , uma
equipe de pesquisadores mostrou que os pares de Cooper também podem conduzir
eletricidade com certa resistência, como fazem os metais comuns. Os
resultados descrevem um estado inteiramente novo da matéria, dizem os
pesquisadores, que exigirá uma nova explicação teórica.
“Havia evidências de que esse estado
metálico surgiria nos filmes finos supercondutores à medida que eram
resfriados em direção à temperatura supercondutora, mas se esse estado
envolvia ou não pares de Cooper era uma questão em aberto”, disse Jim Valles, professor de física da Brown University e autor do estudo. “Desenvolvemos uma técnica que nos permite
testar essa pergunta e mostramos que, de fato, os pares de Cooper são
responsáveis pelo transporte de carga nesse estado
metálico. O interessante é que ninguém tem certeza de como eles fazem isso. Portanto,
essa descoberta exigirá trabalho teórico e experimental para entender
exatamente o que está acontecendo”.
Os pares de Cooper agem como bósons, que podem
compartilhar o mesmo estado. Esse comportamento bosônico permite que os
pares de Cooper coordenem seus movimentos com outros conjuntos de pares de maneira
que reduz a resistência elétrica a zero.
Em 2007, Valles, trabalhando com Jimmy Xu,
professor de engenharia e física da Brown University, mostrou que os pares de Cooper também podiam
produzir estados isolantes e supercondutividade. Em materiais muito finos,
em vez de se moverem em conjunto, os pares conspiram para permanecer no lugar,
presos em pequenas ilhas dentro do material e incapazes de pular para a
próxima ilha.
Para este novo
estudo, Valles, Xu e colegas na China procuraram pares de Cooper no estado
metálico não supercondutor, usando uma técnica semelhante à que revelou os pares de Cooper isolantes. A técnica envolve a padronização de um filme fino
supercondutor - nesse caso, um supercondutor de alta temperatura - óxido de
cobre, ítrio e bário (YBCO) - com conjuntos de pequenos orifícios. Quando
o material tem uma corrente que passa por ele e é exposto a um campo magnético,
os portadores de carga do material orbitam nos orifícios como a água que circula
um dreno.
“Podemos medir a frequência com que essas cargas circulam”, afirmou Valles. “Nesse caso, descobrimos que a frequência é
consistente com a existência de dois elétrons por vez, em vez de apenas um.
Assim, podemos concluir que os portadores de carga nesse estado são pares de
Cooper e não elétrons únicos”.
A ideia de que pares de Cooper tipo bósons são
responsáveis por esse estado
metálico é uma surpresa, dizem os pesquisadores, porque existem elementos da
teoria quântica que sugerem que isso não deveria ser possível. Portanto,
entender exatamente o que está acontecendo nesse estado pode levar a uma nova e
empolgante física, mas serão necessárias mais pesquisas.
Felizmente, dizem os pesquisadores, o fato de esse
fenômeno ter sido detectado em um supercondutor de alta temperatura tornará as
pesquisas futuras mais práticas. O YBCO começa a superconduzir em torno de
-181 graus Celsius, e a fase metálica começa a temperaturas logo acima disso. Está
muito frio, mas é muito mais quente que outros supercondutores, que são ativos
logo acima do zero absoluto. Essa temperatura mais alta facilita o uso da
espectroscopia e outras técnicas destinadas a entender melhor o que está
acontecendo nesta fase metálica.
No futuro, dizem os pesquisadores, pode ser
possível aproveitar esse estado de metal bosônico para novos tipos de
dispositivos eletrônicos.
“O problema dos bósons é que eles tendem a estar mais em estado de
onda do que os elétrons, por isso falamos sobre eles terem uma fase e criar
interferências da mesma maneira que a luz”, afirmou Valles. “Portanto, pode haver novas modalidades de movimentação de
carga nos dispositivos, brincando com a interferência entre bósons”.
Mas, por enquanto, os pesquisadores estão felizes
por ter descoberto um novo estado da matéria. “A ciência se baseia em descobertas”,
disse Xu, “e é
ótimo ter descoberto algo completamente novo”.
